空调噪声模拟案例.ppt

1、FFT ACTRAN,ACTRAN 在空调行业的应用 李奇 博士,ACTRAN在空调行业的应用,ACTRAN软件简介 ACTRAN在空调行业的应用,Free Field Technologies,1998，由Jean-Pierre Coyette、Jean-Louis Migeot教授创立 总部在比利时布鲁塞尔，法国图卢兹、日本东京、美国底特律设有分部 1999-2001，雷诺, 标志, 菲亚特, 通用汽车, 空中客车, 壳牌石油, 德国Lloyd船级社等十一家大型企业，共同资助FFT开发ACTRAN软件 专业的声学仿真工具（ Actran/Acoustics ）: 振动声学 (Actran/

2、Vibro Acoustics, Actran for Nastran) 流动声学 (Actran/TM, Actran/DGM, Actran/Aero Acoustics) 前后处理器 (Actran/VI) 服务: 培训, 技术交流, 工程咨询, 特别开发 科研:FFT参加众多科研项目，从风机噪声、螺旋桨噪声、轮胎噪声、航空发动机噪声到高性能计算以及产品的声学设计等。,Locations,Some of our Aerospace Customers,Some of our Automotive Customers,Some Other References,The ACTRAN sof

3、tware suite,ACTRAN VI,ACTRAN Acoustics,声学仿真工具 声学有限元/无限元 声源: 点声源, 平面波, 管道模态, 结构振动 非均质流体(密度和温度梯度) 精确模拟管道声学问题的边界条件(解析解) 更多的功能: 传递矩阵法, 不匹配网格, 特殊单元类型 典型应用 管道中声传播, 障碍物衍射 振动结构辐射噪声 高性能求解器，并行技术,Exhaust Muffler,Diffraction w/ flow,Powertrain Radiation,ACTRAN VibroAcoustics,振动声学仿真工具 Actran/Acoustics + a standa

4、rd structural solver 结构与声学的求解完全耦合 丰富的有限单元与材料库: 声学有限元与无限元 粘弹性梁单元、壳单元与实体单元 复合材料单元、薄壳单元，允许考虑预应力作用 (*) 多孔与多孔弹性单元 压电材料单元，支持换能器、声纳与噪声主动控制模拟 (*) 真实的激励方式: 声学，运动学与动态激励 随机激励：湍流边界层、扩散声场、相关激励，得到平均值、标准偏差、包络等,Loudspeaker,Side window transmission,Muffler Radiation,ACTRAN AeroAcoustics,宽带流致噪声仿真工具 特性： 支持大多数的CFD软件，并经

5、过大量实验验证； Lightill 声类比、Mhring 声类比； 在有限元网格上可以定义边界条件： 任何边界条件都可使用 ! 这是与其他处理方法(如Curle, FWH or BEM)相比，最大的区别！ 可以与VibroAcoustics联合计算 客户：Daimler, BMW, VW, Delphi, Visteon, John Deere, Brothers, PSA.,风扇噪声,空调管道,与实验结果比较,ACTRAN VI,ACTRAN各模块的前后处理器 利用其他CAE工具创建的网格，建立ACTRAN分析模型 提供脚本化语言编辑功能 方便快捷的后处理功能 云图、频谱曲线、瀑布图、指向性

6、曲线 自动计算全局量 从云图结果提取场点响应 Plt2audio：将频谱曲线转换为声音文件,Model creation and validation,Advanced post-processing,FRF Display Tool,空调噪声源构成,空调所产生的噪声包括机械噪声和气动噪声。 空调器室内机运转时所发出的噪声主要成分是贯流风机风道系统运行时产生的气动噪声，包括气流的旋转和涡流噪声。 空调室外机激励来自压缩机和风扇电机，它们在运行时会对结构产生强度、振动和噪声等问题。分析空调室外机噪声源，涉及到的问题相当复杂。 固体之间的振动传递； 流体之间的噪声传播； 每个零部件既可单独发出噪声

7、，又可因为共振叠加的作用而发出噪声。 前面板、左侧板和顶盖等箱体部件，由于面积较大，在噪声的辐射下，从而被噪声源激发共振，产生噪声。,ACTRAN在空调行业的应用,ACTRAN软件简介 ACTRAN在空调行业的应用 消声器 排气管设计 压缩机结构声学优化 风扇噪声 管道噪声,FFT ACTRAN,空调压缩机消声器声学分析,ACTRAN Modules,ACTRAN VI,空调压缩机消声器,声速172.3m/s 媒质密度77.35kg/m3 出口端无反射 入口段声压0.2N/m, i.e.80dB 出口端流速平均值 16.92m/s,INLET,OUTLET,INLET,OUTLET,Case

8、1 无流条件 传递损失,CPU time is equal to few minutes, with a frequency step equal to 5Hz,Case 2 媒质流动的影响 传递损失,ACTRAN在空调行业的应用,ACTRAN软件简介 ACTRAN在空调行业的应用 消声器 排气管设计 压缩机内部结构优化 风扇噪声 管道噪声,FFT ACTRAN,Reduction of Discharge Gas Pulsation of HVAC Compressor,双涡圈涡旋压缩机,强制性干预方法 当压缩机100%功率运行时，控制排气管路的脉动压力 止回阀仍然有较高的脉动压力 影响产品

9、的可靠性 可选择的解决方案 增加排气管区域容积 原始容积: 0.4 L 改型1：增加容积到4.4L 目标 降低改型1使用的4.4L容积 限制 尺寸 (花费，制造工艺) 重量 脉动压力的衰减 内部压力,如何控制排气噪声?,几何形状,模拟6种设计结构 与实验结果比较,脉动响应: 腔体容积大小影响分析,计算结果,声压云图,总结,空腔容积可以降低到1.4 L 考虑到排气冲击的频率成分主要是100Hz，因此形状的影响很小 可以自由的设计空间 可以满足重量控制、形状、工程造价等其他方面的诉求 止回阀产生非线性 150 Hz,ACTRAN在空调行业的应用,ACTRAN软件简介 ACTRAN在空调行业的应用

10、消声器 排气管设计 压缩机结构声学优化 风扇噪声 管道噪声,ACTRAN Modules,ACTRAN VI,压缩机结构声学优化,“Global Acoustical Finite-element simulation of scroll compressor noise from internal sources”，Philippe Dugast, International Compressor Engineering Conference，2008. 研究目标：改善结构特性，降低噪声 几何、部件、部件之间的连接 不预测压缩机内部噪声源的产生机理以及传播 利用有限元方法模拟声音传播，可以考

11、虑结构部件的振动效应 结构：结构方程 流体：声学波动方程 建立压缩机完整模型，进行声学分析。,研究对象：涡旋式压缩机 耦合所有内部结构，考虑以下问题： 钢板之间的焊接、螺栓的连接 油、制冷剂 固、液、气体区域完全耦合 橡胶底座，模拟压缩机放置在地面 压缩机外使用半椭球体，模拟外部空气域 结构部件占整个模型的50%，共26841节点，101123网格,仿真模型简化说明,内部结构,外部壳体,输入 压缩过程中的压强载荷 主轴轴承上的力载荷,输出 流体中的声场云图 辐射声功率,输入与输出设置,辐射声功率级比较,声贡献量研究,研究压缩机的主要声源,样机模型研究,1/3倍频程声功率级,ACTRAN在空调行

12、业的应用,ACTRAN软件简介 ACTRAN在空调行业的应用 消声器 排气管设计 压缩机结构声学优化 风扇噪声 管道噪声,ACTRAN Modules,ACTRAN VI,气动声学分析方法,配合Vibro-Acoustics模块可以进行流动-振动声学一体化分析！,ACTRAN AeroAcoustics,aero-acoustics 特性 与 CFD 软件的接口 Lightill 声源项 Mhring 声源项 需要 ACTRAN Acoustics作为基础,应用: 风扇噪声 环控系统管道噪声,Introduction,Actran/Aeroacoustic 能够预测湍流噪声 从非稳态 CFD

13、计算结果使用诸如 Lighthills 声类比或 Mhrings 声类比方法，Actran 计算气动噪声源以及声音的传播 研究对象包括: 环控系统管道噪声 风扇噪声 湍流所产生的噪声 可以与 vibro-acoustic 模块结合，研究流动-振动声学问题,Lighthills 声类比,CFD 计算(URANS, LES, DNS, ) 计算流场 计算气动声源 使用 Lighthills 声类比 使用 Mhrings 声类比,Source domain Ws (quadrupoles/dipoles),CAA domain W (ACTRAN, FEM),NRBC at Ge,Gs,Wa,Ge,

14、Solid boundary at Gs,Lighthills 声类比: 基本思想,从流体动力学方程推导 使用尽可能少的假设 将方程转化为声学波动方程形式，声源归整到方程右手项 a 声学变量，声源与 r,u,v,w,p 相关 在有限元网格内定义各种边界条件 支持任何边界条件! 这是与其他方法最大的区别 (Curle, FWH or BEM),分析步骤,CFD与声学计算是解耦的 基于Lighthill或Mhring声类比 插值技术(积分插值法). 声学网格只需要遵循声学计算标准: 无需优化声源区网格 ACTRAN 可以直接读取 CFD 文件,将“Porous” Ffowcs-Williams 标

15、准测试= 测试结果取平均值,AIAA 2006-2692: Validation of a CAA formulation based on Lighthills Analogy using AcuSolve and Actran/LA on an Idealized Automotive HVAC Blower and on an axial fan - S. Caro, R.Sandboge, R. Ambs, K. Washburn,ACTRAN在空调行业的应用,ACTRAN软件简介 ACTRAN在空调行业的应用 消声器 排气管设计 压缩机结构声学优化 风扇噪声 管道噪声,应用: 仪表板管道噪声,Case Study Description,项目背景,FFT与VISTEON Interior Systems France合作 使用ACTRAN软件预测仪表板通风管道产生的湍流噪声 CFD 计算使用 ANSYS FLUENT，VISTEON公司相应进行声学实验 研究成果发表于 2009 NVH SAE Conference (Aero-Acoustic predictions of automotive instrument panel ducts; Detry, Manera, Detandt, dUdekem; SAE NVH 2009