设计仿真 | 新型风扇气动噪声组合分析方法-数控专题

设计仿真 | 新型风扇气动噪声组合分析方法

时间:2023-08-18 作者: 来源:中国工控网

引言

混合方法是一种常用的计算气动声学方法。该方法认为气动声源与流动的湍流相关，但声场对流场没有反作用。该方法本质上是一个两步求解方案。第一步，使用URANS、LES或DES求解非定常流场。第二步，从CFD结果中提取声源并求解声音传播。

轴流风扇产生的声音具有两个独立且独特的特征：线谱音调和宽频带。混合方法（使用Lighthill类比和对整个信号进行一次离散傅里叶变换）可以预测宽频带信号，但通常会得到不切实际的高波动噪声结果。论文中提出了一种针对风扇噪声问题的一种新的组合方法。与传统的混合方法不同，该方法具有准确捕获线谱音调噪声并可获得平滑的宽频带噪声曲线的优点。

数值计算

首先进行非稳态CFD仿真进行。计算域由静止场和包围风扇的旋转域组成，如下图1所示。该模型捕捉了所有细节，例如风扇孔口、风扇护罩、线圈和百叶窗。在本研究中，线圈被建模为多孔区域，并应用滑动网格方法来计算Actran气动声学模拟所需的非定常CFD结果。旋转域(风扇)的旋转频率为1118RPM。例子中的时间步长为0.0005s。此次模拟，0.8秒的总时间确保所求最小频率远小于37.2Hz (叶片通过频率)。

图2: 音调和宽频带结果相结合以获得模拟的频率响应

结果分析

使用A计权法和Hanning窗，以25600[Hz]的采样率和1[Hz]的频率分辨率在多个位置记录持续一分钟的声压级。使用快速傅里叶变换来获得频域数据。本研究中的接收器距离设备56英寸，距离地面68英寸，如图3。

图4：使用Lighthill类比的传统混合方法（蓝色）、新组合方法（红色）与测试方法（绿色）的SPL比较图

下表总结了三个数据集的声压级。混合方法低估了实际SPL测量值。混合方法频谱中SPL值普遍较低。而新方法预测的宽频带信息与测试数据更为接近，较传统混合方法有显著改善。但在高于五次谐波的频率后，该方法高估了BPF下的噪声值(188[Hz])，这导致上表中报告的OASPL值更高。