流致振動的案例
旋轉機械流致噪聲解決方案
2 旋轉機械噪聲計算方法與流程
2.1 流致噪聲數值計算方法介紹
由于旋轉機械流致噪聲的特殊性，不單會產生純流動產生的湍流噪聲問題，有時候還會存在由于流動引起的結構振動輻射噪聲問題，因此，對該問題的數值模擬就提出了很大的挑戰，也就是既要考慮流動噪聲，同時還需要考慮結構聲透射及聲輻射等問題。目前，市場上可以提供多種方法對旋轉機械噪聲進行預測，大多數以考慮純流動引起的湍流噪聲為主，而具備對流致振動噪聲的模擬方法比較少。
壓縮機為什么會有振動噪聲？噴油螺桿、無油螺桿和離心機我們挨個分析
首先，基于空壓機工作過程流場計算，將流場的計算結果作為聲學的激勵，進行流場-聲場聯合仿真，分析預測壓縮機振動噪聲特性。其次，通過試驗研究來驗證并完善流場及聲場的數值模型，分析壓縮機幾何特性對流場及聲場的影響，將結果反饋到壓縮機減振降噪設計上，如轉子/葉輪型線和間隙、吸排氣流道等部件的優化設計，源頭上抑制流致性振動噪聲。最后，針對已經研發定型的空壓機產品，開發氣流脈動衰減腔、聲波干涉器和穿孔管消聲器等，路徑上衰減流致性振動噪聲。
2.1 噴油螺桿空壓機
噴油螺桿壓縮機振動噪聲主要來源于陰陽轉子嚙合過程中產生的機械振動，通過齒輪、軸承和殼體向外傳遞振動，輻射噪聲。壓縮機屬于容積式壓縮機，存在內壓縮過程，不可避免的產生氣流脈動，通過吸氣孔口和排氣孔口向外輻射。隨著機械加工裝配精度的提升，機械性振動噪聲得到控制，流致性振動噪聲成為制約著壓縮機振動噪聲的主要因素。噴油空壓機噪聲以低頻為主，主要集中在陰陽轉子嚙合頻率的前6倍頻，尤其是前4倍頻更為顯著。
根據噴油螺桿機振動噪聲的特點，基于聲波干涉技術，在排氣端面上設計一款氣流脈動衰減裝置，即利用旁支流道與主流道的流程差，產生兩路幅值相等、相位相反的氣流脈動，相互抵消，從排氣源頭上衰減排氣氣流脈動，如圖2所示。通過壓縮機的振動噪聲測試分析，結合理論研究，設計出一套定制化的減振降噪技術方案，使200kW機組法蘭面振動下降到10m/s^2以內，改善了50%，空壓機遠場1m距離處噪聲改善5.0dBA，降低到80dBA以內。
2.2 無油螺桿空壓機
相對于噴油壓縮機，無油壓縮機采用同步齒輪驅動，轉子間不接觸，避免了轉子嚙合過程中機械振動噪聲的產生，以氣動噪聲為主。
展開 橋梁渦激振動問題的ABAQUS數值模擬
圖6 橋梁渦激振動的計算結果
圖7 橋梁上下某兩個對稱點的速度演變
5. 優化設計
在橋梁設計時，可通過橋梁氣動外形修型，適當增加結構阻尼等方法避免和減緩在設計工況下的橋梁的風致振動。下面以一種優化后的橋梁橫截面為例，計算優化后的模擬結果。
圖8 某懸索橋梁的優化橫截面
在相同條件下的渦激振動計算結果如圖9所示，同樣的，在橋梁上下選擇兩個對稱點測量速度隨著時間的變化如圖10所示。
圖9 優化后橋梁渦激振動的計算結果
圖10 優化后橋梁上下某兩個對稱點的速度演變
6. 結論
（1）ABAQUS CFD模塊能有效地模擬橋梁渦激振動；
（2）ABAQUS數值模擬可以計算強風作用下橋梁周圍的空氣動力學特征；
（3）優化后的橋梁橫截面減弱了渦激振動現象，能為實際工程提供參考。
圖11 優化前后橋梁周圍的空氣動力學特征
7. 計算配置
處理器：Intel(R) Core(TM) i7-9700K CPU @ 3.60GHz
內存：32G
計算時間：5H
8. 參考資料
維基百科卡門渦街詞條: en.wikipedia.org
任少鐸. 卡門渦街的成因及虎門大橋的振動分析[J]. 物理教師, 2020, 41(09): 57-59+61.
張偉偉, 豆子皓, 李新濤, 高傳強. 橋梁若干流致振動與卡門渦街[J]. 空氣動力學學報, 2020, 38(03): 405-412.
Abaqus分析模型.zip
橋梁渦激振動問題的ABAQUS數值模擬-iCPFEM.pptx
卡門渦街的成因及虎門大橋的振動分析_任少鐸.pdf
橋梁若干流致振動與卡門渦街_張偉偉.pdf
展開 制冷壓縮機振動噪聲控制技術
雙螺桿式制冷壓縮機振動噪聲可以分為陰陽轉子嚙合接觸過程中產生的機械性振動噪聲、電機工作過程中交變的電磁力作用于定子所產生的電磁性振動噪聲和周期性吸排氣過程中產生氣流脈動所誘發的流致性振動噪聲。由于螺桿式制冷壓縮機運行轉速相對較低，在滿足裝配工藝的情況下，電磁振動噪聲相對較小，筆者不再詳述。
圖 1 雙螺桿式制冷壓縮機的典型結構
1.1 振動噪聲的產生誘因
1.1.1 機械性振動噪聲
雙螺桿式制冷壓縮機陰陽轉子通過相互嚙合實現同步旋轉，齒面接觸時不可避免地產生沖擊與接觸，形成周期性的交變應力，誘發轉子軸系產生機械振動。陰陽轉子多是金屬部件，本身存在一定的撓性，當加工或者裝配過程中存在較大誤差時容易導致轉子軸系的不對中和不平衡等問題，加劇軸系的振動。
雙螺桿式制冷壓縮機軸承主要包括無滾動體的滑動軸承和有滾動體的球軸承、圓柱軸承和圓錐軸承等，承受軸系的徑向力和軸向力，是將壓縮機軸系振動向外傳遞的關鍵途徑之一。當滑動軸承出現異常的摩擦或者潤滑不充分時，或者當滾動軸承的滾道受到離散的滾動體的周期性沖擊時，均會導致陰陽轉子軸系振動放大。此外，軸承間隙會影響陰陽轉子軸系的同軸度，對軸系振動產生不利影響。
雙螺桿式制冷壓縮機殼體結構部件作為振動激勵響應的載體，當其結構模態的固有頻率與激勵頻率接近將產生共振，放大殼體結構的振動響應，激發更高的噪聲。
1.1.2 流致性振動噪聲
雙螺桿式制冷壓縮機在吸氣、壓縮和排氣過程中，由相互嚙合的陰陽轉子齒和齒槽及與其精密配合的殼體壁面形成的工作容積發生周期性的變化，產生周期性的氣流脈動，引起流致性振動噪聲。
展開 
【CAE案例】燃料棒組件LES大渦模擬
本案例選取了CALIFS實驗作為參考實驗，使用code_saturne測試軟件針對燃料組件的流致振動現象模擬能力。
流體力學創新仿真，讓工作效率提升25%（視頻下載）
學習內容：
仿真如何為評估海底生產設備運作提供數字化平臺
仿真對于石油與天然氣運作和完整性的作用
如何預測復雜的腐蝕現象和流致振動行為
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或點擊：http://jishulink555.mikecrm.com/PlTzZEh
以下為部分截取
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ANSYS WorkBench對CAE技術及流程的協同實現
ANSYS各專業學科的求解器不單是在本專業內做到了最強，而且相互之間的耦合也最徹底，比如，最新版本的ANSYS結構分析（Structural）和流體分析（CFX）已經完整實現了在單一使用界面下的直接雙向耦合計算，對工業界常見的復雜流固耦合問題（如顫振、流致振動等）提供了無出其右的解決方案。
2016.11.11 Siemens PLM Software氣動聲學仿真解決方案網絡研討會
LMS Virtual.Lab 具備全面分析氣動噪聲的能力，基于聲類比（Acoustic analogy）原理，即先計算確定聲源，然后計算已知聲源的傳播問題，包括考慮聲波的反射、散射、吸收等聲學效應以及背景流場的速度梯度、溫度梯度等環境效應。本次研討會將以LMS Virtual.Lab Acoustics仿真平臺為載體，針對氣動聲學自身的特點，進行相關的基本原理、工程問題解決策略以及汽車行業典型應用案例的介紹和經驗分享。
時間：2016年11 月11日 星期五上午10:00-11:30
主講人：劉文 博士 LMS Virtual.Lab Acoustic 技術工程師
費用：免費
內容安排：
? 流動介質中聲傳播計算
? 流致振動向內場傳播噪聲計算
? 外場輻射噪聲計算：包含壁面偶極子、旋轉壁面偶極子、湍流四極子噪聲計算
? 汽車行業相關應用案例講解
點擊下面的鏈接進行在線注冊，免費參加本次研討會。注冊成功后，您會收到確認郵件，屆時請通過郵件內容提示，點擊鏈接在線參加本次會議。
https://siemensplm-cn.webex.com/siemensplm-cn/onstage/g.php?MTID=e74b9d3042330c28c0af68ef5bebc4235
聯系人：陳小娜 女士，E-mail：xiaona.chen@siemens.com; 電話：010-8529 2931
近期網絡研討會：
時間：2016年11月18日 星期五上午10:00-11:30
主題：Siemens PLM Software排氣聲學仿真解決方案網絡研討會
主講人：李海龍
注冊：https://siemensplm-cn.webex.com/siemensplm-cn/onstage/g.php?
展開 Siemens PLM Software氣動聲學仿真解決方案網絡研討會
LMS Virtual.Lab 具備全面分析氣動噪聲的能力，基于聲類比（Acoustic analogy）原理，即先計算確定聲源，然后計算已知聲源的傳播問題，包括考慮聲波的反射、散射、吸收等聲學效應以及背景流場的速度梯度、溫度梯度等環境效應。本次研討會將以LMS Virtual.Lab Acoustics仿真平臺為載體，針對氣動聲學自身的特點，進行相關的基本原理、工程問題解決策略以及汽車行業典型應用案例的介紹和經驗分享。
時間：2016年11 月11日 星期五上午10:00-11:30
主講人：劉文 博士 LMS Virtual.Lab Acoustic 技術工程師
費用：免費
內容安排：
? 流動介質中聲傳播計算
? 流致振動向內場傳播噪聲計算
? 外場輻射噪聲計算：包含壁面偶極子、旋轉壁面偶極子、湍流四極子噪聲計算
? 汽車行業相關應用案例講解
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聯系人：陳小娜 女士，E-mail：xiaona.chen@siemens.com; 電話：010-8529 2931
近期網絡研討會：
時間：2016年11月18日 星期五上午10:00-11:30
主題：Siemens PLM Software排氣聲學仿真解決方案網絡研討會
主講人：李海龍
注冊：https://siemensplm-cn.webex.com/siemensplm-cn/onstage/g.php?
展開 2017.03.17-上海-氣動聲學仿真專題研討會
氣動聲學仿真專題研討會
2017年3月17日，上海
流體高速運動、流體與固體之間的相互作用，例如壁面流動分離以及渦旋脫落、湍流邊界層等會產生流致噪聲。流致噪聲問題已覆蓋航空、航天、汽車、船舶、軍工、通用機械、家電等各個工程領域，典型的案例包括飛機機身和起落架噪聲、航空發動機噪聲、螺旋槳推進噪聲、引擎的噴流噪聲、汽車后視鏡和車身噪聲、透平機的風扇噪聲、管路噪聲、高速列車受電弓噪聲等。流致噪聲不僅會大大降低產品的舒適性，還有可能會帶來嚴重的噪聲傷害或者結構破壞，因此已經成為當前工業界廣泛關注和研究的問題。
為幫助國內用戶加深對最新氣動聲學仿真技術的了解，Siemens PLM Software將于3月17日在上海舉辦“氣動聲學仿真專題交流會”，并邀請國外聲學仿真產品經理Korcan Kucukcoskun博士主講。本次研討會將以Star-CCM+流場分析軟件與LMS Virtual.Lab Acoustics振動噪聲仿真軟件為載體，針對氣動聲學相關的原理、方法以及典型應用案例等進行講解。
本次研討會適合所有關心氣動聲學的技術人員與部門主管。
會議信息：
日期：2017年3月17日（星期五）
時間： 08:30-09:00簽到，09:00正式開始
地點：上海銀星皇冠假日酒店 銀星2廳（四樓）
地址：上海市長寧區番禺路400號，近交通大學地鐵站（10號線、11號線）
主講人：Korcan Kucukcoskun博士，英文授課，提供中文翻譯
費用：免費
報名截止時間：3月15日
主講人簡介：
Korcan Kucukcoskun先生畢業于土耳其伊斯坦布爾科技大學，擁有機械工程學士學位及航空工程碩士學位。此后他在法國里昂中央理工大學攻讀并獲得博士學位，并在2012年發表文章《低速風扇的自由和分散聲場預測》。
展開 【實習生招聘】電力市場工程師/數值仿真工程師
崗位職責
對中國電力體系、電力交易市場、電力交易風險管理等領域進行深度調研，輸出相關報告
學習法電在電力交易方面的專業知識和成功經驗，推動公司在該領域的技術能力持續發展
參與電力交易相關產品的運營，不斷優化核心模型、算法及策略
為電力交易相關產品的市場開拓提供技術支持
任職要求
全日制統招碩士及以上學歷，數學、電力、金融及相關專業
系統學習并掌握數據科學、運籌學或金融數學理論知識
具有較強的溝通協調能力、積極進取、抗壓力強
有一定Python，R，C ++，Java等編程基礎
對國內電力體系或者電力交易市場有了解者優先
簡歷投遞郵箱：Clark.yu@yuansuan.cn
數值仿真工程師實習生
參與課題
渦輪機構的流場數值模擬和流致振動成因分析
課題介紹
渦輪機構（ Turbomachinery 如水泵、壓縮機、汽輪機等是能源電力系統內常見的的關鍵機械結構。無論是渦輪機還是離心式、軸式、混流式，在設計和運行階段，都需要考慮到設計工況以及偏離設計工況下的工作效率和運行時系統穩定性。隨著數值仿真技術的發展，目前的渦輪機構從設計階段到運行優化的研究都采用數值仿真代替或者輔助部分模型試驗、真機實驗等來減少實驗所需的費用。
崗位職責
通過學習使用流體力學數值軟件Code_Saturne, 完成給定項目課題的數值仿真建模和計算工作，完成仿真課題報告。
探索并建立使用Code_Saturne進行渦輪機構數值仿真的方法流程
協助Code_Saturne的培訓和推廣工作。
協助Code_saturne的本土化開發工作。
崗位要求
工科碩士教育背景，流體力學、能源電力等專業的學生。
展開 
Siemens PLM Software氣動聲學仿真專題研討會
邀 請 函
2016年4月21日 上海
流體高速運動、流體與固體之間的相互作用，例如壁面流動分離以及渦旋脫落、湍流邊界層等會產生流致噪聲。流致噪聲問題已覆蓋航空、航天、汽車、船舶、軍工、通用機械、家電等各個工程領域，典型的案例包括飛機機身和起落架噪聲、航空發動機噪聲、螺旋槳推進噪聲、引擎的噴流噪聲、汽車后視鏡和車身噪聲、透平機的風扇噪聲、管路噪聲、高速列車受電弓噪聲等。流致噪聲不僅會大大降低產品的舒適性，還有可能會帶來嚴重的噪聲傷害或者結構破壞，因此已經成為當前工業界廣泛關注和研究的問題。
為幫助國內用戶加深對最新氣動聲學仿真技術的了解，Siemens PLM Software將于4月21日在上海舉辦“氣動聲學仿真專題交流會”，并邀請國外聲學仿真產品經理Korcan Kucukcoskun博士主講。本次研討會將以LMS Virtual.Lab Acoustics振動噪聲仿真軟件為載體，針對氣動聲學相關的原理、方法以及典型應用案例等進行講解。
本次研討會適合所有關心氣動聲學的技術人員與部門主管。
會議信息：
日期：2016年4月21日（星期四）
時間： 08:30-09:00簽到，09:00正式開始
地點：上海銀星皇冠假日酒店 銀星2廳
地址：上海市長寧區番禺路400號，距交通大學地鐵站（10號線、11號線）5號出口步行約5分鐘
主講人：Korcan Kucukcoskun博士，英文授課，提供中文翻譯
費用：免費
報名截止時間：4月18日17:00
主講人簡介：
Korcan Kucukcoskun先生畢業于土耳其伊斯坦布爾科技大學，擁有機械工程學士學位及航空工程碩士學位。此后他在法國里昂中央理工大學攻讀并獲得博士學位，并在2012年發表文章《低速風扇的自由和分散聲場預測》。
展開 第四代核電堆型：鈉冷快堆設計的流體仿真技術挑戰與解決方案
例如，使用MICAS實驗設施的光學測量結果來驗證CFD模擬的流場。</p><p>多方法對比：使用不同的CFD軟件或計算方法進行對比，驗證結果的一致性和可靠性。例如，將CFD軟件的結果與自主研發的子通道計算程序的結果進行對比。</p><p><strong>7. 特殊現象的處理</strong></p><p>流致振動：鈉冷快堆的堆芯結構在運行過程中可能會出現流致振動現象，需要在CFD計算中考慮這種現象對結構的影響，采用頻譜分析或流固耦合處理。</p><p>自然循環：在完全喪失電源的情況下，鈉冷快堆依靠一回路的自然循環進行冷卻，需要模擬這種自然循環的流動特性，可采用Boussinesq假設或者變密度處理。VirtualFlow中具備Boussinesq假設模型，并提供了豐富的流體數據庫，用戶可以快速選擇所需要的流體種類，支持UDF接口對物性進行設置，并支持多種真實氣體模型（Peng-Robinson狀態方程），支持NIST物性庫，滿足自然循環CFD分析需求。</p><p><br></p><p class="ql-align-center"><img src="https://file1.elecfans.com/web3/M00/09/9C/wKgZO2e73-KAek3VAAGY4qltSl4768.png"></p><p class="ql-align-center">圖 6 不同物性及狀態方程設置</p><p>?鈉冷快堆作為新堆型，需要更豐富的設計手段，CFD分析能夠為反應堆的設計和安全評估提供有力支持，確保計算結果的準確性和可靠性。</p><p>?</p>
展開 【技術分享】獨一無二的螺桿機械仿真技術！
技術難點
螺桿機械的轉子結構非常復雜，對其進行CFD分析是一項高技術含量的工作，目前來看，具有相當大的技術難點：
1、轉子區域為大變形區域，需要建立高質量的結構網格；
2、需要考慮陰陽轉子之間極微小的嚙合間隙；
3、需要設置轉子部分的動網格，描述由于轉子流體域大變形所引起的流場變化；
4、對于雙螺桿壓縮機，需要同時對流場的動力學和熱力學特性（泄露、傳熱，排氣孔口流動）的過程進行研究；
5、對于雙螺桿泵則需要考慮流場內部的空化效應；
6、需要考慮由于流場擾動引起的流致振動及噪聲。
螺桿機械仿真解決方案
針對上述技術難點，為解決螺桿機械的CFD分析難題，倫敦城市大學找到了Simerics公司，SCORG+Pumplinx的聯合解決方案應運而生。SCORG是專業螺桿機械型線分析及前處理軟件，可以制作螺桿機械高質量結構網格。Pumplinx是專業運動機械CFD仿真軟件，具備各種專業的物理模型及強大的求解能力。
圖1 SCORG+Pumplinx聯合解決方案
螺桿機械數值分析案例
在進行螺桿機械的性能分析時，客戶往往不能滿足于一維的熱力學預測，而希望能對螺桿壓縮機或泵進行更為詳細的三維CFD數值分析，獲得螺桿機械流場的壓力、速度、溫度以及空化預測，以及更為精確的性能特性曲線。
聯合SCORG與PumpLinx即可實現螺桿機械的三維非定常數值分析。
下圖為某雙螺桿壓縮機的三維模型，提取后的流體域部分由吸入段、排出段和轉子部分構成。
圖2 雙螺桿壓縮機幾何模型
SCORG為專業的雙螺桿機械型線分析和前處理軟件，通過輸入雙螺桿機械陰陽轉子型線數據和齒數、節距及軸徑等相關參數，即可自動生成雙螺桿壓縮機轉子部分結構網格。
展開 多相流在仿真中的應用和展望（下）
他們使用ANSYS Fluent的拉格朗日方法模擬了水噴射流以及液滴從旋轉噴射臂到餐具的完整運動過程。
■ 拉格朗日液膜模型準確模擬了噴射水流沖擊餐具形成薄膜的過程，并可計算薄膜厚度、覆蓋率以及其受噴射臂設計因子的影響。
■ VOF模型用于模擬重力引起的流動以及液膜和液滴滑落到洗碗機底部積水池的過程。
■ 蒸發和冷凝模型模擬了干燥過程。
全自動洗碗機的多相流模擬只是其完整的多物理場系統仿真的一部分，完整仿真流程還包括：ANSYS SpaceClaim快速創建初始模型和多種替代設計模型；ANSYS Mechanical進行線性和非線性仿真，以流致振動、噪音和疲勞性能為目標，優化結構設計；ANSYS Electronics and Systems提供電機、控制顯示和傳感器相關解決方案。
▲ 全自動洗碗機的瞬態多相流仿真需要多種不同的模擬功能：噴霧、液膜、體積分數、相變等。
ANSYS多相流解決方案
ANSYS提供多相流仿真解決方案
ANSYS持續更新，完善求解器功能，以解決多相流仿真中遇到的挑戰，確保解決方案的高保真度、高魯棒性、易用性、最少求解時間和優化設計功能。
■ ANSYS仿真工具經過反復驗證，能夠確保正確的方程式得以求解，并最小化數值、建模和系統誤差。
展開 