時頻轉(zhuǎn)換的案例
葉輪機(jī)械氣動噪聲高級應(yīng)用公開課
【培訓(xùn)講師】 上海安世亞太資深流體技術(shù)專家
【培訓(xùn)時間】 2023年3月2日~3月3日
【培訓(xùn)費用】 4000元/人
【培訓(xùn)等級】 中級
【培訓(xùn)地點】 上海安世亞太公司，上海市浦東新區(qū)平家橋路36號晶耀前灘5號樓9樓（地鐵6/8/11號線東方體育中心站4號口出）
【培訓(xùn)特色】
—— 精品小班課，資深工程師授課
—— 項目經(jīng)驗豐富，精準(zhǔn)匹配行業(yè)
—— 理論與上機(jī)結(jié)合，教學(xué)質(zhì)量有保障
—— 真實案例教學(xué)，貼合企業(yè)實際需求
—— 設(shè)立分級課程，循序漸進(jìn)培養(yǎng)仿真能力
—— 安世亞太官方培訓(xùn)證書，豐富職業(yè)履歷
【培訓(xùn)日程】
第一天上午：
· 聲學(xué)理論知識介紹
聲音傳播、聲速、時頻轉(zhuǎn)換、譜分析、聲源的分類、聲學(xué)與CFD關(guān)系
· 計算聲學(xué)CAA
概述、計算需求（網(wǎng)格、時間步）、湍流模型、數(shù)值方法、邊界條件、圓柱繞流CAA案例介紹
第一天下午：
· ANSYS氣動噪聲分析方法介紹
聲學(xué)比擬，F(xiàn)W-H方法介紹、寬頻噪聲方法介紹
· 聲比擬法（FW-H方程）案例演示
以二維圓柱繞流的案例展開，詳細(xì)介紹如何采用FW-H方法模擬因流動產(chǎn)生的近場噪聲，具體包括：
· 如何進(jìn)行紊流大渦模擬
· 如何建立模型以獲得氣動聲學(xué)數(shù)據(jù)
· 如何分析可壓縮流中的聲壓信號
· 如何保存感興趣區(qū)域的聲源數(shù)據(jù)，計算近場和遠(yuǎn)場的聲壓信號
· 如何使用FFT對結(jié)果進(jìn)行后處理
· 寬頻法（Boardband Model）案例操作演示（上機(jī)操作）
詳細(xì)介紹如何使用寬頻噪聲模型求解車體產(chǎn)生的聲學(xué)場的基本設(shè)置和求解過程。
該部分內(nèi)容會搭配上機(jī)實操，手把手教學(xué)，保障學(xué)員能夠掌握核心方法和內(nèi)容。
展開 電機(jī)CAE仿真解決方案
（1） 電磁噪聲
通過電磁分析得到定子齒部的電磁力，映射處理至電機(jī)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格模型中，通過FFT進(jìn)行時頻轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行掃頻分析得到結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)，以此結(jié)果進(jìn)行噪聲分析。
圖5 振動-噪聲分析流程
（2） 氣動噪聲
除電磁噪聲外，還分析了氣動噪聲。通過流體分析得到電機(jī)內(nèi)部流場，并通過瞬態(tài)分析得到電機(jī)內(nèi)部流動隨時間的變化，最終通過FW-H分析方法預(yù)測氣動噪聲。
三、 散熱分析
電機(jī)的散熱設(shè)計影響到電機(jī)溫升，溫度的變化會影響鐵心和繞組的性能參數(shù)，進(jìn)而影響電機(jī)的損耗和輸出功率。再反過來又影響電機(jī)的溫升。分析中考慮電磁—熱雙向耦合，最終得到電機(jī)額定工況下的流場和溫度場，包括電機(jī)內(nèi)部熱空氣循環(huán)流量、鐵芯氣隙流量分配及溫度分布、定轉(zhuǎn)子等的溫度分布等。通過分析，提出了合理改善電機(jī)通風(fēng)的方法。
圖6 散熱分析流程
四、 結(jié)論
本文針對電機(jī)設(shè)計所涉及到的電機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、模態(tài)、噪聲、散熱冷卻等問題提供了CAE多物理場仿真分析解決方案。同時為后續(xù)建立電機(jī)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計平臺提供了有效的工具和方法。
展開 基于fluent的管道風(fēng)扇氣動噪聲分析
2.3氣動噪聲邊界條件設(shè)定與后處理
將2.2節(jié)中的計算結(jié)果與 FW-H 方程相結(jié)合在葉片表面使用二重積分獲得隨需要的聲壓值信號，在進(jìn)行噪聲參數(shù)設(shè)定時，以風(fēng)扇本體為噪聲源，而監(jiān)測點則按照 GB/T2888-2008《風(fēng)機(jī)和羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲測量方法》中的規(guī)定設(shè)置，取風(fēng)機(jī)前 1m 處噪聲結(jié)果作為分析。
最終可以得到1m處噪聲值計算結(jié)果為78dB(A)，完成聲場計算過程后得到的數(shù)據(jù)是時域信號，還需使用Fluent 軟件后處理功能中的快速傅立葉變換模塊（FFT）完成時頻轉(zhuǎn)換獲得聲壓級頻譜圖，如下所示。
旋轉(zhuǎn)機(jī)械流致噪聲解決方案
2.2.2流致振動噪聲分析流程
在進(jìn)行流致振動噪聲計算時，一般需要考慮流體脈動引起結(jié)構(gòu)的振動噪聲，考慮到流體可壓計算收斂困難和計算效率低等原因，通常CFD定義為不可壓模型，此時需要提取結(jié)構(gòu)表面（如管道或者蝸殼等）脈動信息和湍流聲源，同時考慮殼體內(nèi)外部聲場、結(jié)構(gòu)聲透射以及吸聲材料特性等，進(jìn)行包含有流場和結(jié)構(gòu)的聲振耦合求解，獲得流動引起的結(jié)構(gòu)輻射噪聲問題。
圖2-2 流致振動噪聲計算流程圖
對以上分析流程解釋如下：
（1）建立CFD分析模型，利用URANS、LES或DES方法進(jìn)行非定常流場計算，輸出CFD基本量如速度、壓力、密度等值；
（2）利用Actran軟件提取流動壓力脈動和體聲源信息，然后進(jìn)行離散傅里葉的時頻轉(zhuǎn)換，將時域的信息轉(zhuǎn)換為頻域的信息；
（3）建立聲振耦合仿真計算模型，將（2）中獲得流體氣動聲源激勵和湍流脈動激勵插值到聲學(xué)網(wǎng)格上，同時可以考慮試驗值獲得的結(jié)構(gòu)振動激勵；
（4）進(jìn)行流體和結(jié)構(gòu)耦合的旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)振動與噪聲求解計算；
（5）結(jié)果后處理，導(dǎo)出預(yù)設(shè)場點的聲場云圖和聲壓頻響函數(shù)，或者導(dǎo)出結(jié)構(gòu)振動位移。
實際的工程問題可能同時存在上述的兩種噪聲源（湍流噪聲與流致振動噪聲），試驗測試的結(jié)果往往也包括所有這些噪聲源，但是我們很難從測試數(shù)據(jù)中分離出這些噪聲源。采用數(shù)值仿真手段就很容易對這兩種噪聲源分開計算，也可以同時考慮兩種噪聲源作用下的噪聲結(jié)果，這樣做的目的就可以方便的統(tǒng)計出不同噪聲源對噪聲的貢獻(xiàn)量，以及不同噪聲源起主導(dǎo)作用的頻段，從根本上了解噪聲的發(fā)生機(jī)制，為后續(xù)降噪優(yōu)化提供科學(xué)的依據(jù)。
3 數(shù)值計算建模規(guī)范
3.1CFD計算設(shè)置規(guī)范
3.1.1網(wǎng)格劃分要求
流動噪聲計算中核心部件是旋轉(zhuǎn)葉片，為了更好的計算流動區(qū)域的流場，特別是葉片的流動邊界層，需要對葉片生成邊界層網(wǎng)格。
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