HVAC
（供暖、通風和空調）管道的聲環境性能改善
不會提高下壓力（空氣動力抓地力），也不會讓汽車操控更平順。但當空氣動力學專家優化HVAC的空氣動力學性能時，你會感到更舒適。特別是當你駕駛一輛電動汽車，駕駛室里只有幸福的安靜體驗，或者經過聲環境優化，可以在全環繞聲中聽到你最喜歡的音樂。
空氣通過和越過表面不可避免地會在表面上產生流動和力的波動，這些可能會產生噪音。空氣來源于固定的位置 - 風扇，這種噪音往往是重復的，不勝其煩。
當工程師考慮艙內環境時，聲音對整體體驗至關重要。因為沒有人愿意在煩擾的噪音周圍待很久。然而，有些噪聲是很難預測或完全消除的。因此，工程師們對汽車的聲環境（音景）進行數字化建模，這樣他們就可以在工廠沖壓第一塊鈑金件之前，識別出惱人的噪音并消除或修改它們。通常，工程師會考慮三種HVAC環境。
由于彎頭、葉片和襟翼等部件，管道系統內部的流場可能會很復雜。氣流分離和干擾與下游部件的相互作用是HVAC管道中產生噪聲源的原因。該部分的流量不受下游環境的影響，因此可以在消聲室中或在HVAC管道連接到機艙的情況下對其進行獨立建模。OEM工程師可以進行這些計算。當然，管道模擬也可能是零件供應商也需要進行管道模擬工作。
當空氣通過出口，越過任何導流片，突然發現自己處于一個大大擴大的空間中時，就有可能產生湍流和聲音。由于這對聲學專家和空氣動力學專家來說都是一個充滿挑戰的領域。
我們將考慮從您的耳朵到HVAC管道出口附近的環境。你可能會想得很簡單，一個簡單的聲波從出口順暢地傳播，直到你的耳膜輕松的擋住它。在消聲室里可能是這樣，但你是在一輛車里。其他聲波會干擾HVAC波，軟表面（如座椅）會吸收聲音，而硬表面會反射聲音。如果這些反射與初始波同步，它們會放大聲音，但是如果它們的波形發生變化，它們會減弱原始聲音。這些都是工程師需要考慮的因素。
由于這三種環境需要不同的技術和可能不同的工程師來處理它們，我們將分三個步驟來研究它們。
在CFD軟件中計算HVAC管道系統的空氣動力學，以及來自HVAC管道出口的氣動聲源生成和近場傳播。采用這種解決方案時，在聲學傳播中可以忽略艙內效果。具有大渦模擬（LES）和擾動對流波方程（PCWE）的時域解決方案可用于此計算。
這簡化了噪聲源計算，因為不需要將座艙域添加到流量計算中。更重要的是，可以在頻域解決方案中更好地定義艙內聲學特性，如吸收表面和多孔域，而在時域中計算流動和近場聲學。
該解決方案還可以在沒有座艙的自由場中給出觀察者位置的聲學響應，模擬類似于HVAC管道定位在消聲室而不是汽車座艙中的環境。
“步驟1”在各種工作流程中很常見，對于無法得到汽車座艙模型的HVAC制造商來說很有用。然而，對于也可以將機艙納入聲學領域的整車OEM廠商，可以考慮混合解決方案。使用相同的源域計算，這種混合解決方案不需要大量增加“步驟1”的開銷，并將提供流信息。
使用相同的解決方案，CFD用戶可以導出瞬態噪聲源組件。在以前的應用中，在剛性邊界（例如HVAC表面或HVAC“體積”域）中要求瞬時空氣動力輸出。然而，由于PCWE已經解決了該應用中的空氣聲學近場傳播，至少在HVAC管道出口之前，我們可以直接從該模擬中導出聲學量，而不是更大的空氣動力學量。這些參數包括聲壓和速度，將在下一
輪艙內聲輻射計算中使用。這些數量可以在覆蓋
HVAC
出口的凸形網格上導出，該網格將適合客艙，就像實際中的輻射方式一樣。數據格式可以是二進制的“
.
cgns
”。在小的可滲透表面上使用這種二進制數據導出也減少了
CFD
用戶和聲學用戶之間的數據傳輸。
可滲透表面的位置
可滲透表面上發生聲壓（左）和聲速（右）的時間
時域“.cgns”文件可以在模型和加載預處理中導入Simcenter 3D。它們可以轉換為頻域分量。在“步驟3”中，產生的頻域可滲透表面將用作聲學載荷。
使用單獨的網格計算，可以單獨生成HVAC管道的機艙聲學模型。這是可能的，因為聲學艙模型沒有任何與流動相關的網格約束。對于標準有限元解決方案，每波長6個聲學單元的要求已經比CFD網格更粗糙。此外，使用FEMAO，客艙模型可以在體積上變粗，因為FEMAO允許通過調整每個頻率的單元順序來解決粗糙單元的聲學問題。在可以使用非常粗糙的單元的地方，可以使用類似于下面的網格。這加快了低頻率的解決時間。
FEMAO
機艙網格，表面有精細單元，但機艙中心有非常粗糙的單元
聲學模型可以包括表示車頂、地毯和門板的表面上的吸收邊界條件。座椅也可以定義為多孔材料。如果在同一模擬解決方案中需要不同的聲場，例如機艙空氣和多孔座椅，則需要將它們與Simcenter 3D中的“聲學連續性”（Acoustic Continuity）模擬對象連接。
包括吸收域和多孔域，可以用可滲透的輻射表面聲載荷來解決HVAC艙室噪聲。動畫顯示感興趣頻率之一的傳播中的效果艙。很明顯，忽略聲學傳播中的艙室效應（左），聲波在介質中自由輻射。然而，包括機艙屬性在內，聲輻射更加復雜，因為它現在包括反射和吸收。
過去的研究表明，將聲學和流動分開求解的混合方法可以提供比其他參考解決方案更具代表性的結果。使用這些技術，我們可以看到，在我們期望駕駛員耳朵的區域，安裝條件可以提供超過10
dB
的聲級。因此，一旦安裝，包括傳播中的座艙屬性，將對
HVAC
噪聲預測產生重大影響。
Simcenter 3D
現在還支持具有異質流體結構域的模型。這意味著可以將座椅和其他吸收的表面建模為重空氣或真實的多孔材料，而機艙的其余部分則以常規的空氣流為模型。
CFD和聲學耦合仿真為HVAC致機艙噪聲問題提供了一種解決方案，并通過優化的源建模和數據傳輸，同時將流量和聲學角色保持在自己的平臺上。可以有效地考慮機艙性能，而無需增加CFD解決方案的開銷。'
原文來源于SIEMENS博客，作者Korcan Kucukcoskun和Jonathan Melvin
