1、概述 研究對象是帶短導(dǎo)管軸流 風(fēng)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(xué)軟件SYSNOISE的流體聲學(xué)模塊生成氣動噪聲聲源，然后使用SYSNOISE強(qiáng)大的聲學(xué)邊界元（Acoustic BEM）功能進(jìn)行整個聲場諧波分析的過程和結(jié)果。其中帶短導(dǎo)管軸流風(fēng)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(chǔ)上快速生成得到。
本文目的在于SYSNOISE流體聲學(xué)功能演示和拋磚引玉，并未對計算結(jié)果的準(zhǔn)確程度特別關(guān)注。實際上本題計算結(jié)果的準(zhǔn)確性由FLUENT流場計算的精度和SYSNOISE聲學(xué)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(jié)果，初始條件擾動較大，導(dǎo)致噪聲計算的結(jié)果可能偏大。共計算了6~2300Hz之間的噪聲分布，這里只列出部分結(jié)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(jìn)行驗證。一種是嚴(yán)格按照 CFD導(dǎo)出網(wǎng)格的密度，直接生成對應(yīng)的SYSNOISE模型；另一種是按照聲學(xué)分析理論進(jìn)行了網(wǎng)格稀疏化的SYSNOISE模型。對兩種模型的內(nèi)聲場計算結(jié)果進(jìn)行了對比，結(jié)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(dá)到8000Hz）的計算速度大幅度增加。實際應(yīng)用中建議使用第二種模型。
2、分析流程

圖1 SYSNOISE的流體聲學(xué)分析流程圖

具體的分析流程如下：
A）在FLUENT模型網(wǎng)格基礎(chǔ)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(dǎo)管軸流風(fēng)扇的流場進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)分析，并在時域內(nèi)輸出流場的分析結(jié)果。（FLUENT分析模型和輸入數(shù)據(jù)由美的研發(fā)中心游斌博士提供）。
C）使用SYSNOISE的流體聲學(xué)模塊直接讀入FLUENT的流場分析結(jié)果，并生成相應(yīng)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(qiáng)大的（耦合）聲學(xué)邊界元（Acoustic BEM）功能進(jìn)行整個聲場的諧波分析計算和結(jié)果后處理輸出。本文使用內(nèi)外DBEM模型在短導(dǎo)管的端部進(jìn)行耦合來模擬開放導(dǎo)管情況，內(nèi)模型由導(dǎo)管壁面與風(fēng)扇之間構(gòu)成的空腔組成（法線方向指向空腔內(nèi)側(cè)），外模型由導(dǎo)管壁面組成（法線方向指向空腔外側(cè)）。

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(jié)果分析
3.1 二極子聲源提取結(jié)果
下面列出的是SYSNOISE進(jìn)行二極子聲源提取的結(jié)果，為了對比說明SYSNOISE的計算流程中對CFD網(wǎng)格進(jìn)行疏化處理，然后得到適當(dāng)密度的聲學(xué)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）：

圖3 二極子聲源提取的結(jié)果及不同的網(wǎng)格密度對比

從結(jié)果圖形可以直觀看出，兩種不同密度的網(wǎng)格所得到的聲源特征基本是完全一致的，無論從分布趨勢和數(shù)值大小，從聲學(xué)意義上都表現(xiàn)出很好的一致性。
3.2 內(nèi)部聲場分布的計算結(jié)果
為了方便進(jìn)一步從聲場計算數(shù)值上進(jìn)行模型的對比，我們首先在假設(shè)內(nèi)聲場封閉的前提下進(jìn)行了兩種不同密度網(wǎng)格的對比計算。下面列出了SYSNOISE進(jìn)行內(nèi)部聲場分布計算的結(jié)果(包含兩種網(wǎng)格密度模型的對比：左列—稀疏網(wǎng)格；右列—直接CFD網(wǎng)格)：

圖4 封閉內(nèi)聲場模型的計算結(jié)果及不同的網(wǎng)格密度對比

從結(jié)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(dá)到8000Hz）的計算速度大幅度增加，所以實際應(yīng)用中一般都要使用稀疏化的聲學(xué)網(wǎng)格模型。
3.3 真實聲場模型（內(nèi)外耦合）的計算結(jié)果
最后，利用稀疏化的網(wǎng)格模型建立了真實的軸流風(fēng)扇內(nèi)外聲場耦合模型，進(jìn)行完整的軸流 風(fēng)扇噪聲輻射模擬分析。下面列出的是SYSNOISE進(jìn)行內(nèi)外部聲場分布計算的結(jié)果（左列—內(nèi)聲場；右列—外聲場)

圖5 真實內(nèi)外聲場耦合模型的計算結(jié)果

4、結(jié)論與建議
從計算結(jié)果看到，氣動噪聲的聲源主要來自風(fēng)扇迎風(fēng)面的中上部、以及對應(yīng)的管路壁面部位。內(nèi)部聲場的氣動噪聲主要分布在出風(fēng)側(cè)，幅值較高。而外部聲場的氣動噪聲主要分布在風(fēng)扇平面內(nèi)，而不在風(fēng)扇的流場方向上。本結(jié)論與航空領(lǐng)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(xué)分析問題，高效準(zhǔn)確地得到氣動聲學(xué)的內(nèi)外聲場分布。關(guān)鍵的是，SYSYNOISE的流體聲學(xué)功能可以直接與其久經(jīng)考驗并得到公認(rèn)的 振動聲學(xué)分析模塊無縫集成和耦合起來，解決更加復(fù)雜的流體聲學(xué)問題：包括聲學(xué)有限元/無限元及其耦合；直接/間接聲學(xué)邊界元及其耦合；流體與結(jié)構(gòu)的聲振耦合；吸聲材料模型；快速ATV及其優(yōu)化技術(shù)；以及貢獻(xiàn)量分析和大規(guī)模問題的并行計算技術(shù)等等。
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