某型空调轴流风扇的气动噪声仿真分析.

1、某型空调轴流风扇的气动噪声仿真分析詹福良1游斌2（1 LMS国际公司北京代表处，2美的制冷家电集团技术研发中心1、概述研究对象是带短导管轴流风扇的气动噪声分析问题。这里主要介绍使用LMS公司著名声学软件SYSNOISE的流体声学模块生成气动噪声声源，然后使用 SYSNOISE强大的声学边界元（Acoustic BEM功能进行整个声场谐波分析的过程和 结果。其中带短导管轴流风扇的流场分析使用FLUENT软件,分析模型和输入数据由美的研发中心的游斌博士提供。SYSNOISE模型的网格在FLUENT模型网格的 基础上快速生成得到。本文目的在于SYSNOISE流体声学功能演示和抛砖引玉，并未对计算结果

2、的准 确程度特别关注。实际上本题计算结果的准确性由FLUENT流场计算的精度和SYSNOISE声学计算精度共同决定，我们这里只选取了 FLUENT计算初期的部分流 场结果，初始条件扰动较大，导致噪声计算的结果可能偏大。共计算了 62300Hz之 间的噪声分布，这里只列出部分结果。根据与游斌博士的交流，做了两种不同网格密度的SYSNOISE模型进行验证。 一种是严格按照CFD导出网格的密度，直接生成对应的SYSNOISE模型;另一种是 按照声学分析理论进行了网格稀疏化的 SYSNOISE模型。对两种模型的内声场计 算结果进行了对比，结果基本完全一致。但是第二种稀疏化模型 （有效频率已经达到 80

3、00Hz的计算速度大幅度增加。实际应用中建议使用第二种模型。2、分析流程D c o m p u t a t i o n i n t i m e d o m a i n (e .g . LE S -L a r g e E d d y S i m u l a t i o n ; D E S图1SYSNOISE的流体声学分析流程图具体的分析流程如下：A在FLUENT模型网格基础上快速生成各种密度的 SYSNOISE模型网格。B使用FLUENT软件对带短导管轴流风扇的流场进行非稳态分析，并在时域内 输出流场的分析结果。（FLUENT分析模型和输入数据由美的研发中心游斌博士提C使用SYSNOISE的流体

4、声学模块直接读入FLUENT的流场分析结果，并生成相应的气动噪声声源，这里主要是壁面流体压力脉动产生的二极子声源。D使用SYSNOISE强大的（耦合声学边界元（Acoustic BEM功能进行整个声场的谐波分析计算和结果后处理输出。本文使用内外 DBEM模型在短导管的端部 进行耦合来模拟开放导管情况，内模型由导管壁面与风扇之间构成的空腔组成（法线 方向指向空腔内侧，外模型由导管壁面组成（法线方向指向空腔外侧。SVW1图2内外声场耦合的边界元模型及不同的网格密度对比3、结果分析3.1二极子声源提取结果下面列出的是SYSNOISE进行二极子声源提取的结果，为了对比说明SYSNOISE的计算流程中对

5、CFD网格进行疏化处理 撚后得到适当密度的声学网格 的适用性，这里包含了两种网格密度模型的对比:（左列一稀疏网格;右列一CFD网格, 因为网格太密影响云图显示，所以特别将网格隐藏不显示：!T S H4 J. Si: Key If . H 心:少片 a -n If kl. V n e h I j cin.lFill* GmETry HimIkiI Anilyxil liH|uirc Tamils Viirw PoiitpmErBiiifWii_zimENGINEERING INNOVATION SYS*：SC Ker b 6 Opt in BEI Vat aaf aoaalC B 区!FUe G

6、omrtry Model Analysis Inqutrr Tools View Postprocess DisplayHelpFF 产冋亍上厂厂厂J aFFKPTT7CKKMBC0016ZDC83 IMS-01imENGINEERING INNOVATIONSYSB01SK Ker b. B Opt ion Bkl V.“FHr Gromrlry Model Analysis Inquorv Tools Viuw Postprocess Display?IMOODIWIMKDi2：SC Ker b 6 Opt in BEI Vat aaf aoaalC B 区!FUe Gomrtry Mod

7、el Analysis Inqutrr Tools View Postprocess DisplayHelpFF 产冋亍上厂厂厂J aFFKPTT7CKKMBC0016ZDC83 IMS-01imENGINEERING INNOVATIONSYSB01SK Ker b. B Opt ion Bkl V.“FHr Gromrlry Model Analysis Inquorv Tools Viuw Postprocess Display?IMOODIWIMKDi2 c Hl .cin.l4 me g图2二极子声源提取的结果及不同的网格密度对比MtM |l|（：1闪4C第工 血中弋 mf*曲口2X

8、Ei9731E02从结果图形可以直观看出，两种不同密度的网格所得到的声源特征基本是完全gi B f3 ME#1 啊 3IMEnOOlFrlNSltt Epw02WtFU 陶口Ui hu ：$1WE lIWEKTI?n|ui -ini2MG-O0I 9b囲ISV Rs? b, A Opt i-ini B|=B V !Fir Giromrlry Modiul Analyvis koquirr oohi Viirw Polpriacrss OispPwy|!*|* |4mhm hu | 町门at la u匕NClh| EtAlHG iHKOVIkTlON致的,无论从分布趋势和数值大小，从声学意义上都

9、表现出很好的一致性。3.2内部声场分布的计算结果为了方便进一步从声场计算数值上进行模型的对比，我们首先在假设内声场封 闭的前提下进行了两种不同密度网格的对比计算。下面列出了 SYSNOISE进行内 部声场分布计算的结果（包含两种网格密度模型的对比：左列一稀疏网格;右列一直接CFD网格：i_zimENGINEERING INNOVATION* 5T5IS trr A6 叶BU7fit Cewctry Uo4ri Amh frt xh Vlrr Pwttt Dtiplay冋示wf rrrr卜卜i川s卜itENGINEERING INNOVATION-丸 IrrBU Ttfaatamalfit Ge

10、tMtry LMelbfr xh ViewDrtpliy X8imteISMWKvi_zimENGINEERING INNOVATION* 5T5IS trr A6 叶BU7fit Cewctry Uo4ri Amh frt xh Vlrr Pwttt Dtiplay冋示wf rrrr卜卜i川s卜itENGINEERING INNOVATION-丸 IrrBU Ttfaatamalfit GetMtry LMelbfr xh ViewDrtpliy X8imteISMWKvjtr*i r ft Pl ini B卜 ai ml l cibvSf jS)gLW Cwwtry Uo4ri Mpn f

11、n thti View Prtifmm (MplrrFW PFITF F冲点|7* j4D Ik r*a 1 h Cjr*! iw-n 沙 fd * it cvaaLh4M 押如h hfiMT Mh Virr PnxHiSffiMiar .Jl!hqaan 甲eneII3K-GC-TIKSMFMfPIWlQDI1w图3封闭内声场模型的计算结果及不同的网格密度对比从结果图形可以直观看出，两种不同密度的网格所得到的内部声场特征也基本完全一致，无论从分布趋势 和数值大小，都表现出很好的一致性。但是稀疏化模型（有效频率已经达到8000Hz 的计算速度大幅度增加，所以实际应用中一般都要使用稀疏化的声学网

12、格模型。某型空调轴流风扇的气动噪声仿真分析 2006 LMS首届用户大会论文集3.3真 实声场模型（内外耦合）的计算结果 最后，利用稀疏化的网格模型建立了真实的 轴流风扇内外声场耦合模型， 进行完整的轴流 风扇噪声辐射模拟分析。下面列出 的是SYSNOISE进行内外部声场分布计算的结果（左列 一内声场；右列一外声场 6某型空调轴流风扇的气动噪声仿真分析 2006 LMS首届用户大会论文集7某型空调轴流风扇的气动噪声仿真分析 2006 LMS首届用户大会论文集 图4 真实内外声场耦合模型的计算结果 4、结论与建议 从计算结果看到，气动噪声的 声源主要来自风扇迎风面的中上部、以及对应的管路壁面部 位。内部声场的气动噪声主要分布在出风侧，幅值较高。而外部声场的气动噪声主要分布在风扇平面内，而不在风扇的流场方向上。本结论与航空领域的螺旋桨平面噪声现象比较一 致。根据上面的分析对比过程，SYSNOISE可以非常方便地解决这