汽车空调系统噪声仿真分析-2011.7.29

FFT-ACTRAN汽车空调系统噪声仿真分析李奇博士

目录问题描述原始结构几何模型ACTRANAero-acoustics湍流噪声分析流程与原理CFD非定常流动模拟 CFD网格划分与Fluent建模 CFD模拟结果CAA湍流噪声分析 ACTRANAero-acoustics模型 ACTRAN-iCFD提取噪声源 ACTRANAero-acoustics频域分析结果空调系统的作用舒适性(制热,制冷,通风)安全性(除雾)评价空调系统的质量标准压力损失气流指向性，流动是否均匀声学性能（气动噪声）空调系统的噪声问题空调系统噪声分析某型汽车空调系统TheACTRANsoftwaresuiteACTRANVibro-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRANACTRAN

/Aero-acoustics湍流噪声计算流程CFD-LES/DES非定常流场分布压力，速度，密度，等…ACTRAN-iCFD根据CFD计算结果通过Lighthill或Mohring声类比提取湍流噪声源

通过傅里叶变换将时域结果变换到频域ACTRANAero-acoustics

传播iCFD计算出的流动声源

计算声场分布以及指定位置的声学变量ACTRAN-VI计算数据后处理，声场云图及频谱显示FromCFDtoCAA...ACTRAN提供的声类比类型LighthillAnalogy线性声场，流场与声场没有耦合低马赫数(Ma<0.2~0.4)高雷诺数(Re~106)均匀介质声传播MohringAnalogy非线性声场，对流影响声场较强平均流动高雷诺数(Re~106)非均匀介质声传播Lighthill/Mohring声类比-有限元变分以Lighthill声类比为例有限元变分弱解形式产生两组源项，体积源(VolumeSource)和面声源(SurfaceSource)。螺旋桨噪声问题中，通过在CFD转静区交界面上提取面声源表达旋转区域产生的流动声源影响。CFD流场计算计算步骤CFD计算设置首先定常计算，待定常计算收敛，主要是为非定常计算提供初始流场。非定常计算使用大涡模拟（LES），主要是为ACTRAN声场计算保存数据，注意设置求解器时开启能量方程。CFD边界条件设定边界条件设定（1）进口边界条件（inlet）：inlet设为速度进口，径向速度为2.855m/s，切向速度为-23.50667m/s而轴向速度为0。（2）出口边界条件：都设为压力出口。（3）工作压力为101325Pa，空气物性为常物性。CFD计算结果T=0.65s时涡量云图CAA:ACTRAN/Aero-acoustics

空调系统声学模型ACTRAN-iCFD提取流动噪声源ACTRAN湍流噪声分析需要根据CFD工具(例如Fluent,Star-CD,CFX等)计算得到的非定常流场提取流动噪声源ACTRAN–iCFD [1]根据流场变量通过Lighthill/Mohring声类比沿CAA网格积分计算流动噪声源 [2]通过Fourier变换将时域结果变换到频域 [3]Mohring声类比还需要将CFD流场导入到CAA计算网格上ACTRAN-iCFD空调系统噪声分析-120Hz贯流风机、风箱和侧窗出口（outlet-sidewindow）处的噪声比较大。声压级分布云图显示结构的不规则导致气流不稳定，从而引起气动噪声，因此需要对空调管道系统流道进行优化。空调系统噪声分析-397Hz当频率增加到397Hz时，空调管道声压级整体下降，最大值不超过110dB，但是噪声源分布区域增大，基本上整个管内的声压都在74.8dB左右。在贯流风机处，特别是在流道内的声压级特别大，达到109dB。进一步说明贯流风机与不规则的流道是主要声源区。出口端中心位置声压级频响结果在低频区，空调系统的出口输出的声压最大到了110dB。声压级随频率的增加而减小，这说明流致噪声的能量多集中在低频区。比较每个出口的声压级，outlet-front-foot声压级最大，而outlet-rear-foot声压级最小。这是由于outlet-front-foot离流道不规则区域（声源区）最近，而outlet-rear-foot离声源区最远。计算结果说明鉴于计算时间及计算资源的要求，CFD计算只计算了有限时间，增加计算时间可提高噪声频率分辨率，使计算结果更精确；前面的计算结果未考虑空调系统结构对声音传播的影响，故计算结果与试验值会有偏差；各出口边界条件定义为导纳边界，与实际工况有差别，可能造成计算偏差；若需要考虑空调系统结构的影响，可以将ACTRANAero-Acoustics结合Vibro-Acoustis进行联合仿真。总结支持主流CFD软件的数据格式，包括Star-CD,Star-CCM+,Fluent,CFX,Powerflow，AcuSolve,OpenFOAM。提取近体流动源项(速度、密度、压力)，体声源意味着更高的精度。Lighthill声类比(低速流动)及Möhring声类比(高速流动)为CAA分析提供了更多的声源项选择。通过CFD动静区交界面上提取的面声源，流动噪声分析能够有效处理旋转流场。通过近体声源提取流动噪声源，对CFD湍流计算的要求明显降低计算消耗降低。基于稀疏网格的计算结果在低频范围与加密