某型空調(diào)軸流風扇的氣動噪聲仿真分析

1、某型空調(diào)軸流風扇的氣動噪聲仿真分析 詹福良 1 游 斌 2 (1 LMS 國際公司北京代表處 , 2 美的制冷家電集團技術研發(fā)中心 1、概述 研究對象是帶短導管軸流風扇的氣動噪聲分析問題。這里主要介紹使用 LMS 公司著名聲學軟件 SYSNOISE 的流體聲學模塊生成氣動噪聲聲源 ,然后使用 SYSNOISE 強大的聲學邊界元 (Acoustic BEM 功能進行整個聲場諧波分析的過程和 結果。其中帶短導管軸流風扇的流場分析使用 FLUENT 軟件 ,分析模型和輸入數(shù)據(jù) 由美的研發(fā)中心的游斌博士提供。 SYSNOISE 模型的網(wǎng)格在 FLUENT 模型網(wǎng)格的 基礎上快速生成得到。 本文目的在于

2、 SYSNOISE 流體聲學功能演示和拋磚引玉 ,并未對計算結果的準 確程度特別關注。實際上本題計算結果的準確性由 FLUENT 流場計算的精度和 SYSNOISE 聲學計算精度共同決定 ,我們這里只選取了 FLUENT 計算初期的部分流 場結果 ,初始條件擾動較大 ,導致噪聲計算的結果可能偏大。共計算了 62300Hz 之 間的噪聲分布 ,這里只列出部分結果。 根據(jù)與游斌博士的交流 ,做了兩種不同網(wǎng)格密度的 SYSNOISE 模型進行驗證。 一種是嚴格按照 CFD 導出網(wǎng)格的密度 ,直接生成對應的 SYSNOISE 模型;另一種是 按照聲學分析理論進行了網(wǎng)格稀疏化的 SYSNOISE 模型。

3、對兩種模型的內(nèi)聲場計 算結果進行了對比 ,結果基本完全一致。但是第二種稀疏化模型 (有效頻率已經(jīng)達到 8000Hz 的計算速度大幅度增加。實 際應用中建議使用第二種模型。 2、分析流程 C F 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 . L E S L a r g e E d d y S i m u l a t i o n ; D E S 圖 1SYSNOISE 的流體聲學分析流程圖 具體的分析流程如下 : A在 FLUENT模型網(wǎng)格基礎上快速生成各種密度的 SYSNOISE模型網(wǎng)格。 B 使用 FLUENT 軟件對帶短導管軸

4、流風扇的流場進行非穩(wěn)態(tài)分析 , 并在時域內(nèi) 輸出流 場的分析結果。 (FLUENT 分析模型和輸入數(shù)據(jù)由美的研發(fā)中心游斌博士提 C使用 SYSNOISE 的流體聲學模塊直接讀入 FLUENT 的流場分析結果 ,并生成 相應的 氣動噪聲聲源 ,這里主要是壁面流體壓力脈動產(chǎn)生的二極子聲源。 D 使用 SYSNOISE 強大的 ( 耦合聲學邊界元 (Acoustic BEM 功能進行整個聲場的 諧波分析計算和結果后處理輸出。本文使用內(nèi)外 DBEM 模型在短導管的端部 進行耦合來模擬開放導管情況 ,內(nèi)模型由導管壁面與風扇之間構成的空腔組成 (法線 方向指向空腔內(nèi)側 ,外模型由導管壁面組成 (法線方向指

5、向空腔外側。 圖 2 內(nèi)外聲場耦合的邊界元模型及不同的網(wǎng)格密度對比 3、結果分析 3.1 二極子聲源提取結果 下面列出的是 SYSNOISE 進行二極子聲源提取的結果 ,為了對比說明 SYSNOISE 的計算流程中對 CFD 網(wǎng)格進行疏化處理 ,然后得到適當密度的聲學網(wǎng)格 的適用性 ,這里包含了兩種網(wǎng)格密度模型的對比 :（左列稀疏網(wǎng)格 ;右列CFD 網(wǎng)格, 因為網(wǎng)格太密影響云圖顯示 ,所以特別將網(wǎng)格隱藏不顯示 : i_zim ENGINEERING INNOVATION SYS*：SC Ker b 6 Opt in BEI Vat aaf aoaalC B 區(qū)! FUe Gomrtry Mod

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9、r xh ViewDrtpliy X8 imte ISMWKv 圖 3 封閉內(nèi)聲場模型的計算結果及不同的網(wǎng)格密度對比 從結果圖形可以直觀 看出 ,兩種不同密度的網(wǎng)格所得到的內(nèi)部聲場特征也基本完全一致 ,無論從分布趨勢 和數(shù)值大小 ,都表現(xiàn)出很好的一致性。但是稀疏化模型 （有效頻率已經(jīng)達到 8000Hz 的計算速度大幅度增加 ,所以實際應用中一般都要使用稀疏化的聲學網(wǎng)格模型。 某型空調(diào)軸流風扇的氣動噪聲仿真分析 2006 LMS 首屆用戶大會論文集 3.3 真 實聲場模型（內(nèi)外耦合）的計算結果 最后， 利用稀疏化的網(wǎng)格模型建立了真實的 軸流風扇內(nèi)外聲場耦合模型， 進行完整的軸流 風扇噪聲輻射模擬

10、分析。下面列出 的是 SYSNOISE 進行內(nèi)外部聲場分布計算的結果（左列 內(nèi)聲場；右列 外聲場 6 某型空調(diào)軸流風扇的氣動噪聲仿真分析 2006 LMS 首屆用戶大會論文集 7 某型空調(diào)軸流風扇的氣動噪聲仿真分析 2006 LMS 首屆用戶大會論文集 圖 4 真實內(nèi)外聲場耦合模型的計算結果 4、結論與建議 從計算結果看到， 氣動噪聲的 聲源主要來自風扇迎風面的中上部、 以及對應的管路壁面部 位。內(nèi)部聲場的氣動 噪聲主要分布在出風側，幅值較高。而外部聲場的氣動噪聲主要分布在 風扇平面 內(nèi)，而不在風扇的流場方向上。本結論與航空領域的螺旋槳平面噪聲現(xiàn)象比較一 致。 根據(jù)上面的分析對比過程， SYSNOISE 可以非常方便地解決這類流體聲學分 析問題，高 效準確地得到氣動聲學的內(nèi)外聲場分布。關鍵的是， SYSYNO