空調(diào)壓縮機(jī)舌簧閥噪聲問(wèn)題研究方案-艾默生

空調(diào)壓縮機(jī)舌簧閥噪聲問(wèn)題研究方案李奇博士?jī)?nèi)容ACTRAN軟件簡(jiǎn)介空調(diào)壓縮機(jī)舌簧閥噪聲問(wèn)題研究方案ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件背景世界上三款知名的聲學(xué)軟件ACTRAN，比利時(shí)FFT公司Sysnoise（現(xiàn)在的VirtualLab）,比利時(shí)LMS公司VA-ONE，法國(guó)ESI公司（由ESI公司收購(gòu)的Rayon和AutoSEA整合而成）其中Sysnoise和ACTRAN均由現(xiàn)在的FFT公司Jean-LouisMigeot教授和Jean-PierreCoyette教授創(chuàng)立ACTRAN軟件背景FFT和ACTRAN創(chuàng)立的背景兩位教授開發(fā)的Sysnoise被LMS收購(gòu)后，1998年選擇離開！11家大公司于1999～2001年組成了ACTRAN聯(lián)盟，資助兩位教授開發(fā)ACTRAN，并成為第一批客戶雷諾、寶馬、標(biāo)致、菲亞特、通用汽車等

整車企業(yè)立達(dá)（Rieter）、哈金森（Hutchinson）

汽車配件公司空客

航空殼牌石油、Glaverbel

能源、材料德國(guó)勞埃德船級(jí)社

船舶FFT參加眾多科研項(xiàng)目，從風(fēng)機(jī)噪聲、輪胎噪聲、航空發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲到高性能計(jì)算以及產(chǎn)品的聲學(xué)設(shè)計(jì)等。LocationsSomeAerospaceCustomersSomeAutomotiveCustomersSomeOtherReferences?；⒃晫W(xué)部門咨詢項(xiàng)目C919飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)、空調(diào)系統(tǒng)、機(jī)翼聲學(xué)設(shè)計(jì)與優(yōu)化高速列車振動(dòng)、氣動(dòng)噪聲分析核工業(yè)管道共振腔氣動(dòng)噪聲分析、聲疲勞分析高速電梯轎廂氣動(dòng)噪聲影響分析…培訓(xùn)與教學(xué)聲學(xué)課程噪聲分析培訓(xùn)ACTRAN軟件培訓(xùn)請(qǐng)關(guān)注TheACTRANsoftwaresuiteACTRANVibro-AcousticsACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRANACTRANAcoustics聲學(xué)仿真工具典型應(yīng)用管道中聲傳播聲波遇到障礙物的衍射振動(dòng)結(jié)構(gòu)的聲輻射作為其他ACTRAN高級(jí)模塊的基礎(chǔ)ACTRANVibroAcousticsACTRANAeroAcousticsACTRANTM消聲器空調(diào)系統(tǒng)齒輪箱聲輻射ACTRANVibroAcoustics振動(dòng)聲學(xué)仿真工具豐富的單元與材料庫(kù):聲學(xué)有限元與無(wú)限元粘彈性梁?jiǎn)卧?、殼單元與實(shí)體單元，復(fù)合材料單元、薄殼單元允許考慮預(yù)應(yīng)力作用(*)多孔與多孔彈性單元壓電材料單元，支持換能器、聲納與噪聲主動(dòng)控制模擬(*)真實(shí)的激勵(lì)方式:聲學(xué)，運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)態(tài)激勵(lì)隨機(jī)激勵(lì)：湍流邊界層、擴(kuò)散聲場(chǎng)、δ相關(guān)激勵(lì)，得到平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、包絡(luò)等高性能求解器與并行處理?yè)P(yáng)聲器側(cè)窗聲傳遞殼體振動(dòng)輻射噪聲ACTRANAeroAcoustics寬帶流致噪聲仿真工具特性：支持大多數(shù)的CFD軟件，并經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Lightill聲類比、M?hring聲類比積分插值法支持VibroAcoustics聯(lián)合仿真客戶：

Daimler,BMW,VW,Delphi,Visteon,JohnDeere,Brothers,PSA...風(fēng)扇噪聲空調(diào)管道與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較ACTRANVIACTRAN各模塊的前后處理器利用其他CAE工具創(chuàng)建的網(wǎng)格，建立ACTRAN分析模型提供腳本化語(yǔ)言編輯功能方便快捷的后處理功能云圖、頻譜曲線、瀑布圖、指向性曲線自動(dòng)計(jì)算全局量從云圖結(jié)果提取場(chǎng)點(diǎn)響應(yīng)Plt2audio：將頻譜曲線轉(zhuǎn)換為聲音文件ModelcreationandvalidationAdvancedpost-processingFRFDisplayToolACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件簡(jiǎn)介空調(diào)壓縮機(jī)舌簧閥噪聲問(wèn)題研究方案ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用項(xiàng)目背景壓縮機(jī)排氣過(guò)程中，舌簧閥閥片受氣流沖擊運(yùn)動(dòng)，在循環(huán)周期中與底座發(fā)生撞擊。噪聲成因包含排氣過(guò)程產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲以及閥片與底座的撞擊聲。項(xiàng)目規(guī)劃項(xiàng)目預(yù)期成果閥片的動(dòng)態(tài)特性閥片開啟時(shí)，流場(chǎng)瞬態(tài)模擬閥片打開時(shí)，氣流噪聲仿真計(jì)算閥片關(guān)閉時(shí)，閥片撞擊底座的噪聲仿真計(jì)算目的驗(yàn)證ACTRAN軟件在解決實(shí)際工程問(wèn)題中的應(yīng)用，及結(jié)果可靠性舌簧閥噪聲的改進(jìn)初步方案根據(jù)噪聲源屬性與特點(diǎn)，將舌簧閥噪聲問(wèn)題，分解為兩個(gè)子問(wèn)題：氣動(dòng)噪聲：排氣過(guò)程，閥片開啟時(shí)產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲振動(dòng)噪聲：閥片關(guān)閉時(shí)，撞擊底座產(chǎn)生的噪聲問(wèn)題1-氣動(dòng)噪聲模擬舌簧閥開啟時(shí)，氣流流經(jīng)閥片產(chǎn)生漩渦，脫落的渦源形成較強(qiáng)的氣動(dòng)噪聲。噪聲源各頻率成分的強(qiáng)度與流動(dòng)的關(guān)系各異：在低頻區(qū)域，隨渦流的增大，氣動(dòng)噪聲聲壓增大；而高頻域中，氣動(dòng)噪聲聲壓級(jí)主要是由流速的變化決定。ACTRANModulesACTRANVibroAcousticsACTRANAeroAcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRAN氣動(dòng)聲學(xué)分析方法特點(diǎn)與不足方法1直接CAA方法2

混合方法CFD/FEM方法3

混合方法（F-WH、BEM）方法4

湍流模型計(jì)算資源最多一般一般最少反射效應(yīng)√√××聲透射結(jié)構(gòu)×√××聲波對(duì)流體的作用√×××求解類型瞬態(tài)瞬態(tài)瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)精確性好好好有限制Aero-Acoustics配合Vibro-Acoustics模塊可以進(jìn)行流動(dòng)-振動(dòng)聲學(xué)一體化分析！ACTRANAeroAcoustics包含所有針對(duì)流致噪聲仿真分析的高級(jí)屬性與CFD軟件的兼容Lightill聲類比M?hring聲類比應(yīng)用:空調(diào)系統(tǒng)噪聲螺旋槳湍流噪聲Lighthill’sAnalogy:Sketch應(yīng)用CFD方法(如URANS,LES,DNS,…)計(jì)算流場(chǎng)聲源利用流場(chǎng)的結(jié)果求解使用Lighthill聲類比方法將流體力學(xué)方程整理為波動(dòng)方程形式SourcedomainWs(quadrupoles/dipoles)CAAdomainW(ACTRAN,FEM)NRBCatGeGsGeSolidboundaryatGsLighthill聲類比方法從流體力學(xué)方程推導(dǎo)使用盡可能少的假設(shè)整理成波動(dòng)方程形式，右側(cè)為聲源項(xiàng)：

a

為聲學(xué)變量在有限元網(wǎng)格上可以定義邊界條件任何邊界條件都可使用!!!這是與其他處理方法(如Curle,FWHorBEM)相比，最大的區(qū)別Lighthill/M?hring聲類比LighthillAnalogy線性聲場(chǎng)，流場(chǎng)與聲場(chǎng)沒(méi)有耦合低馬赫數(shù)(Ma<0.2～0.4)高雷諾數(shù)(Re~106)均勻介質(zhì)聲傳播M?hringAnalogy非線性聲場(chǎng)，對(duì)流影響聲場(chǎng)較強(qiáng)平均流動(dòng)高雷諾數(shù)(Re~106)非均勻介質(zhì)聲傳播計(jì)算步驟CFDCode湍流CFD模擬基本變量壓強(qiáng),速度,密度,etc…iCFD將CFD基本量轉(zhuǎn)換為聲源

將聲源用積分法插值入聲學(xué)網(wǎng)格

執(zhí)行傅里葉轉(zhuǎn)換ACTRANAero-Acoustics

計(jì)算iCFD得到聲源的傳播

導(dǎo)出預(yù)設(shè)場(chǎng)點(diǎn)的聲場(chǎng)云圖和聲壓值A(chǔ)ctran/VIActran結(jié)果的后處理從CFD結(jié)果到聲學(xué)結(jié)果...ACTRAN-iCFD提取流動(dòng)噪聲源NyquistTheorem

原始連續(xù)時(shí)間變量q(t)

離散采樣時(shí)間序列q(tk)

q(t)~q(tk)ifΔt<1/(2fmax) fmax=5000Hz

Δt<0.0001sCFD非定常流場(chǎng)采樣 fmin=1/(NΔt) fmax=1/(2Δt) Δf=fmin fmin=50Hz fmax=5000HzN=200,Δt=0.0001s積分插值法VS線性插值法線性插值法:積分插值法:CA節(jié)點(diǎn)(稀疏)?信息丟失從CFD網(wǎng)格到CA節(jié)點(diǎn)的線性插值CFD網(wǎng)格(致密)?CFD節(jié)點(diǎn)(致密)?CA節(jié)點(diǎn)(稀疏)?從CFD節(jié)點(diǎn)到CA網(wǎng)格的積分插值所有信息都被利用，避免信息丟失!氣動(dòng)噪聲分析步驟完整的氣動(dòng)噪聲分析流程包括CFD計(jì)算與CAA計(jì)算，詳細(xì)步驟如下：建立CFD分析模型，利用URANS、LES或DES方法提取非定常流場(chǎng)；建立ACTRAN聲學(xué)分析模型；利用ACTRAN/iCFD技術(shù)，將CFD基本量利用lighthill聲類比方法轉(zhuǎn)換為氣動(dòng)噪聲源，并使用積分法插值入聲學(xué)網(wǎng)格；利用ACTRAN/iCFD技術(shù)對(duì)聲源進(jìn)行傅里葉變換，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)；計(jì)算舌簧閥產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲。輸入?yún)?shù)參數(shù)名稱說(shuō)明舌簧閥CAD三維數(shù)模，包含前后流域（igs或stp格式）用于劃分聲學(xué)網(wǎng)格，建立聲學(xué)模型進(jìn)口流量流體分析需輸入的流體材料屬性流體密度出口總壓流體密度聲學(xué)分析需輸入的流體材料屬性聲速聲學(xué)計(jì)算頻率范圍根據(jù)感興趣的頻率范圍、步長(zhǎng)，確定CFD計(jì)算時(shí)間步、時(shí)間步數(shù)量結(jié)果輸出形式頻響函數(shù)(頻譜曲線)計(jì)算域內(nèi)流體區(qū)域任意點(diǎn)聲壓、聲壓級(jí)計(jì)算域外遠(yuǎn)場(chǎng)任意點(diǎn)聲壓、聲壓級(jí)聲功率級(jí)云圖計(jì)算域內(nèi)聲源強(qiáng)度時(shí)域、頻域分布計(jì)算域內(nèi)流體區(qū)域聲壓、聲壓級(jí)計(jì)算域外遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓、聲壓級(jí)初步方案根據(jù)噪聲源屬性與特點(diǎn)，將舌簧閥噪聲問(wèn)題，分解為兩個(gè)子問(wèn)題：氣動(dòng)噪聲：排氣過(guò)程，閥片開啟時(shí)產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲振動(dòng)噪聲：閥片關(guān)閉時(shí)，撞擊底座產(chǎn)生的噪聲問(wèn)題2-閥片撞擊聲模擬舌簧閥閥片一端固定在底座上，閥片另一端在關(guān)閉時(shí)撞擊底座，閥片振動(dòng)并輻射噪聲。由于閥片質(zhì)量遠(yuǎn)小于底座，因此兩者撞擊時(shí)底座的振動(dòng)輻射噪聲小，閥片的振動(dòng)幅度大是主要輻射噪聲源。ACTRANModulesACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRANACTRANVibro-Acoustics閥片撞擊聲模擬對(duì)于閥片撞擊噪聲分析，可以建立閥片有限元模型，使用ACTRANVibro-Acoustics模擬。邊界條件與激勵(lì)：一端施加位移約束閥片與底座碰撞部位施加分布?jí)毫d荷或點(diǎn)力載荷計(jì)算一定頻率范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并研究輻射聲場(chǎng)。分析類型模態(tài)分析（可選）提取結(jié)構(gòu)模態(tài)，判斷是否出現(xiàn)聲共振動(dòng)態(tài)響應(yīng)與輻射噪聲分析聲學(xué)無(wú)限元聲學(xué)有限元閥片載荷輸入?yún)?shù)參數(shù)名稱說(shuō)明舌簧閥閥片CAD三維數(shù)模（igs或stp格式）劃分網(wǎng)格，建立聲學(xué)模型楊氏模量聲學(xué)分析需輸入的閥片材料屬性阻尼材料密度泊松比密度聲學(xué)分析需輸入的流體材料屬性聲速頻率范圍確定計(jì)算的頻率范圍、分析頻率步長(zhǎng)頻率步長(zhǎng)邊界條件閥片固定位置的位移約束條件點(diǎn)力、分布?jí)毫d荷閥片撞擊力結(jié)果輸出形式頻響函數(shù)(頻譜曲線)閥片結(jié)構(gòu)任意點(diǎn)的振動(dòng)位移閥片整體均方振速計(jì)算域內(nèi)流體區(qū)域任意點(diǎn)聲壓、聲壓級(jí)遠(yuǎn)場(chǎng)任意點(diǎn)聲壓、聲壓級(jí)輻射聲功率級(jí)FRFsMapsWaterfall云圖閥片結(jié)構(gòu)振動(dòng)位移計(jì)算域內(nèi)聲壓、聲壓級(jí)計(jì)算域外遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓、聲壓級(jí)工作進(jìn)度表工作內(nèi)容1周1周1周1周舌簧閥氣流噪聲

閥片撞擊噪聲ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件簡(jiǎn)介空調(diào)壓縮機(jī)舌簧閥噪聲問(wèn)題研究方案ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計(jì)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化風(fēng)扇噪聲管道噪聲FFT–ACTRAN空調(diào)壓縮機(jī)消聲器聲學(xué)分析空調(diào)壓縮機(jī)消聲器聲速172.3m/s媒質(zhì)密度77.35kg/m3出口端無(wú)反射入口段聲壓0.2Pa,i.e.80dBFlowdistributionINLETOUTLETINLETOUTLETCase1–無(wú)流條件–傳遞損失傳遞損失CPUtimeisequaltofewminutes,withafrequencystepequalto5HzCase2–媒質(zhì)流動(dòng)的影響–傳遞損失ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件簡(jiǎn)介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計(jì)壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化風(fēng)扇噪聲管道噪聲FFT–ACTRANReductionofDischargeGasPulsationofHVACCompressor雙渦旋壓縮機(jī)強(qiáng)制性干預(yù)方法當(dāng)壓縮機(jī)100%功率運(yùn)行時(shí)，控制排氣管路的脈動(dòng)壓力止回閥仍然有較高的脈動(dòng)壓力影響產(chǎn)品的可靠性可選擇的解決方案增加排氣管區(qū)域容積原始容積:0.4L改型1：增加容積到4.4L

目標(biāo)降低改型1使用的4.4L容積

限制尺寸(花費(fèi)，制造工藝)重量脈動(dòng)壓力的衰減內(nèi)部壓力如何控制排氣噪聲?幾何形狀模擬6種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較脈動(dòng)響應(yīng):腔體容積大小影響分析計(jì)算結(jié)果聲壓云圖總結(jié)空腔容積可以降低到1.4L考慮到排氣沖擊的頻率成分主要是100Hz，因此形狀的影響很小可以自由的設(shè)計(jì)空間

可以滿足重量控制、形狀、工程造價(jià)等其他方面的訴求止回閥產(chǎn)生非線性>150HzACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件簡(jiǎn)介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計(jì)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化風(fēng)扇噪聲管道噪聲ACTRANModulesACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRANACTRANVibro-Acoustics壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化“GlobalAcousticalFinite-elementsimulationofscrollcompressornoisefrominternalsources”，PhilippeDugast,InternationalCompressorEngineeringConference，2008.研究目標(biāo)：改善結(jié)構(gòu)特性，降低噪聲幾何、部件、部件之間的連接不預(yù)測(cè)壓縮機(jī)內(nèi)部噪聲源的產(chǎn)生機(jī)理以及傳播利用有限元方法模擬聲音傳播，可以考慮結(jié)構(gòu)部件的振動(dòng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)方程流體：聲學(xué)波動(dòng)方程建立壓縮機(jī)完整模型，進(jìn)行聲學(xué)分析。研究對(duì)象：渦旋式壓縮機(jī)耦合所有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，考慮以下問(wèn)題：鋼板之間的焊接、螺栓的連接油、制冷劑固、液、氣體區(qū)域完全耦合橡膠底座，模擬壓縮機(jī)放置在地面壓縮機(jī)外使用半橢球體，模擬外部空氣域結(jié)構(gòu)部件占整個(gè)模型的50%，共26841節(jié)點(diǎn)，101123網(wǎng)格仿真模型簡(jiǎn)化說(shuō)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)外部殼體輸入壓縮過(guò)程中的壓強(qiáng)載荷主軸軸承上的力載荷輸出流體中的聲場(chǎng)云圖輻射聲功率輸入與輸出設(shè)置輻射聲功率級(jí)比較聲貢獻(xiàn)量研究研究壓縮機(jī)的主要聲源ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用ACTRAN軟件簡(jiǎn)介ACTRAN在空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用消聲器排氣管設(shè)計(jì)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)聲學(xué)優(yōu)化風(fēng)扇噪聲管道噪聲ACTRANModulesACTRANVibroAcousticsACTRANAeroAcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANDGMACTRANVIACTRANforNASTRAN氣動(dòng)聲學(xué)分析方法特點(diǎn)與不足方法1直接CAA方法2

混合方法CFD/ACTRAN方法3

混合方法（F-WH、BEM）方法4

湍流模型計(jì)算資源最多一般一般最少反射效應(yīng)√√××聲透射結(jié)構(gòu)×√××聲波對(duì)流體的作用√×××求解類型瞬態(tài)瞬態(tài)瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)精確性好好好有限制配合Vibro-Acoustics模塊可以進(jìn)行流動(dòng)-振動(dòng)聲學(xué)一體化分析！HVAC離心風(fēng)機(jī)FanNoise2007:PresentationofaCA