ansys風扇噪聲分析的案例
基于fluent的管道風扇氣動噪聲分析
2風扇氣動噪聲分析
2.1噪聲分析步驟
在 Fluent 中對于風機噪聲的仿真是分為兩個部分先后完成的：
（1） 首先使用大渦模擬模型（LES）對風扇流場中的瞬態控制方程求解獲得流場的動態穩定值，通過計算結果得到風扇的噪聲源（即風扇葉片上的動態載荷）；
（2） 接下來則是通過求解 FW-H 模型的方法對風機載荷進行分析并得到噪聲值。
2.2瞬態流場仿真邊界條件設定
聲場仿真過程中由于其 CFD 模型與流場極為相似因此不再另行建立模型，而是對原有流場模型的邊界條件進行修改。由于噪聲特性的仿真屬于非定常計算，雖然同樣將旋轉流體域設為唯一的運動區域，但是改用滑移網格模型對風扇的動葉片與靜止區域進行耦合以保證瞬態計算的精確度。
在控制方程的離散過程中使用PISO 算法代替原來的 SIMPLE 方法，相比較而言 PISO 算法在原有“預測-修正”方法的基礎上添加了一個再修正過程，對原有計算結果進行了二次改進，有效的提高了計算精度與方程的收斂速度。至于迭代過程中參數的設置，將時間步長設定為0.0001s，而計算的截止頻率取 6000Hz，在每個時間步長內計算 40 次，迭代次數為 1000。
2.3氣動噪聲邊界條件設定與后處理
將2.2節中的計算結果與 FW-H 方程相結合在葉片表面使用二重積分獲得隨需要的聲壓值信號，在進行噪聲參數設定時，以風扇本體為噪聲源，而監測點則按照 GB/T2888-2008《風機和羅茨鼓風機噪聲測量方法》中的規定設置，取風機前 1m 處噪聲結果作為分析。
展開 使用ANSYS CFX為渦輪噴氣發動機設計產生更少噪聲的風扇
Usanin, Aviadvigatel Perm
翻譯：上海安世亞太
前言
由于針對有害排放物和噪聲水平具有嚴格的國際標準，設計和開發燃氣渦輪發動機的公司正面臨著艱巨的任務——制造具有高生態效率的發動機。為了滿足這些要求，需要對發動機內部發生的過程進行數值模擬，以深入了解發生的情況，并確定導致這種行為的因素。對于高旁路比的航空發動機，風扇級產生的聲噪聲是發動機總噪聲水平的主要貢獻者。
針對這些噪聲要求，我們使用ANSYS CFX計算流體力學(CFD)軟件來估算不同風扇級幾何的氣動和聲學效率。
圖1. 風扇級幾何模型
幾何模型
為了開發FEGV（風扇出口導葉）的幾何，將FEGV中表面非定常壓差的區域平均振幅作為轉子-定子聲源的主要來源。振幅由風扇級的三維非定常CFD計算獲得。參考文獻表明，使用該方法的計算結果與實驗數據具有良好一致性。
圖2. FEGV形狀
這種風扇是為一種先進的新型渦輪噴氣發動機設計的。將進口導葉（IGV）和風扇出口導葉（FEGV）按20%比例縮放，以縮小分析域的規模。結果域包含1個風扇葉片通道、2個FEGV通道和4個IGV通道。網格模型由大約150萬個節點組成。研究了四種不同幾何形狀的出口導葉。
選擇徑向設計（無傾角）作為初始幾何。具有20度和30度傾斜角的葉片分別被選作第二種和第三種幾何。具有沿著葉片高度的曲線軸的葉片選作第四種幾何類型。
結果分析
所有的CFD計算都是在ANSYS CFX(CFX-5.6)中進行的，因為該軟件解決方案對非定常流動有良好的效果。對風扇級進行了非定常CFD計算，計算結果表明：
葉片中表面的壓力與吸入面之間存在非定常壓差。然后對中表面的壓差進行傅里葉變換。
展開 新型風扇氣動噪聲組合分析方法
軸流風扇產生的聲音具有兩個獨立且獨特的特征：線譜音調和寬頻帶?；旌戏椒ǎㄊ褂肔ighthill類比和對整個信號進行一次離散傅里葉變換）可以預測寬頻帶信號，但通常會得到不切實際的高波動噪聲結果。論文中提出了一種針對風扇噪聲問題的一種新的組合方法。與傳統的混合方法不同，該方法具有準確捕獲線譜音調噪聲并可獲得平滑的寬頻帶噪聲曲線的優點。
數值計算
首先進行非穩態CFD仿真進行。計算域由靜止場和包圍風扇的旋轉域組成，如下圖1所示。該模型捕捉了所有細節，例如風扇孔口、風扇護罩、線圈和百葉窗。在本研究中，線圈被建模為多孔區域，并應用滑動網格方法來計算Actran氣動聲學模擬所需的非定常CFD結果。旋轉域（風扇）的旋轉頻率為1118RPM。例子中的時間步長為0.0005s。此次模擬，0.8秒的總時間確保所求最小頻率遠小于37.2Hz（葉片通過頻率）。
展開 新型風扇氣動噪聲組合分析方法
軸流風扇產生的聲音具有兩個獨立且獨特的特征：線譜音調和寬頻帶?；旌戏椒ǎㄊ褂肔ighthill類比和對整個信號進行一次離散傅里葉變換）可以預測寬頻帶信號，但通常會得到不切實際的高波動噪聲結果。論文中提出了一種針對風扇噪聲問題的一種新的組合方法。與傳統的混合方法不同，該方法具有準確捕獲線譜音調噪聲并可獲得平滑的寬頻帶噪聲曲線的優點。
數值計算
首先進行非穩態CFD仿真進行。計算域由靜止場和包圍風扇的旋轉域組成，如下圖1所示。該模型捕捉了所有細節，例如風扇孔口、風扇護罩、線圈和百葉窗。在本研究中，線圈被建模為多孔區域，并應用滑動網格方法來計算Actran氣動聲學模擬所需的非定常CFD結果。旋轉域（風扇）的旋轉頻率為1118RPM。例子中的時間步長為0.0005s。此次模擬，0.8秒的總時間確保所求最小頻率遠小于37.2Hz（葉片通過頻率）。
圖1：旋轉域包圍風扇葉片，靜止域包含流動障礙物和多孔線圈
Lighthill聲類比有兩種源的計算方式，分別是在域的整個體積上和在源的表面上執行源的計算。如果采用前一種方法，源計算需要整個域上的CFD信息，但在后一種方法中，我們只需要在單個表面而不是體積上讀取速度信息（以及不可壓縮模擬情況下的密度），從文件管理的角度來看，這是一個很大的優勢。本研究中風扇作為唯一的主要聲源，為了加速CFD模擬僅導出包圍風扇的表面，即轉子-定子界面靜態側的CFD數據。CFD求解器采用480個核心的仿真時間接近40小時。最耗時的部分是在每個時間步下寫入數據這個步驟，這會減慢求解速度。
本例基于Actran2021.1，采用Lighthill面源方法，將聲源映射到聲學網格上，并完成時域氣動聲源轉成頻域的計算。
展開 
設計仿真 | 新型風扇氣動噪聲組合分析方法
軸流風扇產生的聲音具有兩個獨立且獨特的特征：線譜音調和寬頻帶?；旌戏椒ǎㄊ褂肔ighthill類比和對整個信號進行一次離散傅里葉變換）可以預測寬頻帶信號，但通常會得到不切實際的高波動噪聲結果。論文中提出了一種針對風扇噪聲問題的一種新的組合方法。與傳統的混合方法不同，該方法具有準確捕獲線譜音調噪聲并可獲得平滑的寬頻帶噪聲曲線的優點。
數值計算
首先進行非穩態CFD仿真進行。計算域由靜止場和包圍風扇的旋轉域組成，如下圖1所示。該模型捕捉了所有細節，例如風扇孔口、風扇護罩、線圈和百葉窗。在本研究中，線圈被建模為多孔區域，并應用滑動網格方法來計算Actran氣動聲學模擬所需的非定常CFD結果。旋轉域（風扇）的旋轉頻率為1118RPM。例子中的時間步長為0.0005s。此次模擬，0.8秒的總時間確保所求最小頻率遠小于37.2Hz（葉片通過頻率）。
展開 某型空調軸流風扇的氣動噪聲仿真分析
3.3 真實聲場模型（內外耦合）的計算結果
最后，利用稀疏化的網格模型建立了真實的軸流風扇內外聲場耦合模型，進行完整的軸流風扇噪聲輻射模擬分析。下面列出的是SYSNOISE進行內外部聲場分布計算的結果（左列—內聲場；右列—外聲場)
圖5 真實內外聲場耦合模型的計算結果
4、結論與建議
從計算結果看到，氣動噪聲的聲源主要來自風扇迎風面的中上部、以及對應的管路壁面部位。內部聲場的氣動噪聲主要分布在出風側，幅值較高。而外部聲場的氣動噪聲主要分布在風扇平面內，而不在風扇的流場方向上。本結論與航空領域的螺旋槳平面噪聲現象比較一致。
根據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分析問題，高效準確地得到氣動聲學的內外聲場分布。關鍵的是，SYSYNOISE的流體聲學功能可以直接與其久經考驗并得到公認的振動聲學分析模塊無縫集成和耦合起來，解決更加復雜的流體聲學問題：包括聲學有限元/無限元及其耦合；直接/間接聲學邊界元及其耦合；流體與結構的聲振耦合；吸聲材料模型；快速ATV及其優化技術；以及貢獻量分析和大規模問題的并行計算技術等等。
本文來源：http://www.51gcs.com/info/17569
展開 基于Altair ultraFluidX的風扇噪聲分析網絡研討會 8月14日
隨著工業應用中對散熱冷卻要求不斷增加（如發動機冷卻及電子設備冷卻等），風扇作為冷卻散熱的關鍵部件，其噪聲水平已成為驅動產品開發設計決策的重要因素之一。對設備的靜音性要求不僅涉及到性能問題，而且也是客戶體驗和品牌形象的重要因素。
從時間和成本的角度來看，使用消聲室實施風扇噪聲的物理測試將是非常昂貴， 同時極大地增加了產品開發周期，使企業在激烈的競爭和價格敏感的環境下處理不利地位。在這種情況下，利用仿真分析的方法既能在不同頻率范圍內準確、快速地預測不同位置的氣動噪聲水平，又能對空氣中噪聲傳播提供具體分析。與物理測試不同，仿真工具不僅可以預測總體噪聲水平，還可以提供有關噪聲源和傳播路徑的詳細結果。通過Altair提供的最新氣動聲學解決方案，工程師能夠極大地提高工作效率，同時縮短產品開發周期、降低硬件及能耗成本。
通過本次網絡研討會，我們將演示如何利用Altair最新的商用CFD軟件ultraFluidX（基于格子玻爾茲曼方法的GPU加速求解器）以合理的成本對風扇的氣動聲學問題進行建模和仿真。您將會了解到以下內容:
? 基于格子玻爾茲曼方法的ultraFluidX求解器在風扇噪聲仿真中的優勢。
? 如何通過處理測點SPL值及壓力場數據完成氣動噪聲分析。
? Altair 仿真工具在快速建模及仿真分析中的全流程優勢。
講師：Kevin Golsch——Altair全球CFD資深技術總監
Kevin Golsch于2018年加入Altair，負責全球空氣動力學，熱管理和聲學仿真相關的CFD解決方案。在加入Altair之前，Kevin曾先后任職Navistar Inc總工程師，通用汽車首席工程師及EXA北美高級技術總監，主導并參與多款重型卡車，工程機械的氣動，噪聲及熱管理性能開發。
展開 電機振動噪聲建模分析：ANSYS電機振動噪聲分析
結論與展望
通過ANSYS Workbench可以方便的分析電機振動噪聲，此外在此基礎上還可以進行多轉速分析以及對電機參數進行優化分析。
文章來源：易仿真
電機振動噪聲建模分析:基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
電動機與發電機等電力設備的噪聲起因很多，有電磁振動噪聲、機械噪聲及流致噪聲等等，本文通過ANSYS公司的官方案例為操作背景，詳細介紹如何將作用在定子上的瞬態電磁力作為結構諧響應分析的載荷計算振動噪聲。
1.電磁模型建立與分析
如圖1所示為一個電機模型，電機的額定輸出功率為550W，額定電壓為220V，極對數為4，定子齒數為24個，轉子的轉速為1500rpm，求電磁振動產生的噪聲大小。
本算例使用的模塊如下：
RMxprt模塊：建立電機類型；
Maxwell模塊：2D瞬態電磁場計算；
Structural 模塊：3D諧響應分析計算；
Acoustics ACT模塊：噪聲計算
注：Acoustics ACT模塊需要單獨安裝，請用戶到官方網站上自行下載。
圖1 電機模型
電機的電路模型如圖2所示。
圖2 電機電路模型
1）啟動Workbench。在Windows XP下單擊“開始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench15命令，即可進入Workbench主界面。
2）保存工程文檔。進入Workbench后，單擊工具欄中的按鈕，將文件保存為“zhendongzaosheng.wbpj”，單擊Getting Started窗口右上角的（關閉）按鈕將其關閉。
3）雙擊Toolbox→Analysis System→RMxprt模塊建立項目A，如圖3所示。
4）雙擊項目A中的A1欄進如RMxprt電機設置平臺，如圖4所示。
圖3 RMxprt模塊 圖4 RMxprt平臺
5）依次選擇菜單RMxprt→Machine Type，在彈出的電機類型選擇對話框中單擊Generic Rotating Machine選項，單擊OK按鈕，如圖5所示。
展開 Ansys | 利用Ansys Motor-CAD NVH調諧分析噪聲、振動和聲振粗糙度
圖6：Motor-CAD軟件與Mechanical軟件之間的結果ERP比較
Motor-CAD軟件中的NVH調諧操作簡單直觀，只需一次模態分析或測試數據即可調諧模態參數。正確調諧NVH模型后，我們可以在Motor-CAD軟件中運行NVH分析，以便更好地了解整個工作范圍內的噪聲特征。最終，這將有助于避免產品重新設計和發布延遲，并且從長遠來看可以有效節省時間和資金。
基于ANSYS Workbench的變壓器振動噪聲仿真分析
變壓器性能包括散熱、噪聲、振動、抗短路能力等眾多因素，變壓器作為電站主要設備之一，并且是變電站主要噪聲源設備是研究的重點，因此變壓器的噪聲問題一直是設計人員關注的重點。
本文根據GB/T1094.10變壓器聲級測定標準，結合變壓器額定負載運行工況，基于ANSYS Workbench平臺實現了變壓器噪聲分析，從而在噪聲產生機理上進行深入研究，不僅可以在變壓器設計階段預估噪聲值，還可以為有效降低變壓器噪聲提供科學依據。
2 噪聲分析理論基礎
2.1 電磁分析基礎
電磁場理論由麥克斯韋方程組（如下圖所示）來描述。
求解方法上，數值法優于解析法，近年來電磁場數值解法在工程及科學研究上的應用也越來越廣泛和高效。
電磁場的數值分析和計算通常歸結為求微分方程的解，對于偏微分方程，輔助邊界條件和初始條件即可獲得方程的定解。
ANSYS Maxwell 采用有限元法，將求解區域離散化為”單元“，采用Maxwell方程進行求解。
2.2 結構分析基礎
通過電磁場分析得到鐵芯和繞組所受的電磁力分布，對其進行傅里葉變換，可以得到電磁力各諧波分量的幅值和相位角大小，將其作為簡諧激勵源，進行結構的諧響應分析。
諧響應分析的運動控制方程為：
其中假設F和u做簡諧變化，則：
2.3 噪聲分析基礎
采用聲學有限元法求解聲學Helmholtz方程來計算聲場。
展開 
基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
下面介紹一下基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析：
電動機與發電機等電力設備的噪聲起因很多，有電磁振動噪聲、機械噪聲及流致噪聲等等，本文通過ANSYS公司的官方案例為操作背景，詳細介紹如何將作用在定子上的瞬態電磁力作為結構諧響應分析的載荷計算振動噪聲。
1.電磁模型建立與分析
圖1 電機模型
電機的電路模型如圖2所示。
圖2 電機電路模型
1）啟動Workbench。在Windows XP下單擊“開始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench15命令，即可進入Workbench主界面。
2）保存工程文檔。進入Workbench后，單擊工具欄中的按鈕，將文件保存為“zhendongzaosheng.wbpj”，單擊Getting Started窗口右上角的（關閉）按鈕將其關閉。
3）雙擊Toolbox→Analysis System→RMxprt模塊建立項目A，如圖3所示。
4）雙擊項目A中的A1欄進如RMxprt電機設置平臺，如圖4所示。
圖3 RMxprt模塊 圖4 RMxprt平臺
5）依次選擇菜單RMxprt→Machine Type，在彈出的電機類型選擇對話框中單擊Generic Rotating Machine選項，單擊OK按鈕，如圖5所示。
展開 基于Ansys的汽車氣動噪聲數值仿真分析實例
計算結果與分析
由于車速超過100km/h，氣動噪聲比較明顯，所以我們選擇車速100km/h和140km/h作對比。
用CFX軟件作求解器和后處理工具，從圖2可以看出，后視鏡區域、車頭、頂蓋、輪胎處及側圍后部是聲壓比較大（大于75dB）的地方，車身表面聲壓的峰值81dB。從圖3可以看出，后視鏡區域、車頭、前擋風玻璃、頂蓋、B柱、C柱、輪胎處及側圍后部是聲壓比較大（大于75dB）的地方，車身表面聲壓的峰值84dB。相比前一種工況，聲壓較大的區域擴大了，聲壓的峰值提高了3dB。
圖2 車身表面聲壓圖（u=100km/h）
圖3 車身表面聲壓圖（u=140km/h）
結 論
通過分析可以看出，噪聲較大的區域多發生在氣流分離，湍流運動比較劇烈的地方，因此優化外形設計，減少突出物對氣流分離的影響是降低氣動噪聲的重要方法。
不同速度下，車身表面聲壓的分布圖，可以比較直觀地看到車身表面聲壓較大的地方。車速提高了40km/hr，聲壓的峰值提高了3dB。
展開 電機設計 | 利用Ansys Motor-CAD NVH調諧分析噪聲、振動和聲振粗糙度（內含演示視頻）
本文原刊登于Ansys.com：《Analyzing Noise, Vibration, and Harshness With Ansys Motor-CAD NVH Tuning》
作者： Shi-Uk Chung | Ansys 高級應用工程師
編輯整理：王楊 | Ansys 主任應用工程師
噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）是電機設計與性能的關鍵因素。過高的NVH會導致產品壽命縮短、維護成本增加和客戶滿意度下降。因此，在設計早期階段解決NVH挑戰至關重要，以避免設計階段后期出現重大NVH問題。
電機NVH分析本質上是一個結合了電磁和機械分析的、復雜的多物理場問題——因為電機NVH問題通常源于電磁力與結構組件（如定子）之間的相互作用。因此，全面了解電機的電磁和機械屬性對于準確預測其NVH性能至關重要。
Ansys Motor-CAD電機設計工具是一款專用解決方案，可用于在整個扭矩-速度范圍內對電機進行多物理場仿真。利用該工具，用戶能夠在同一個用戶界面中評估電磁、熱和機械性能。將電磁和機械模塊集成到Motor-CAD軟件中，可實現快速NVH分析，從而促進電機設計的迭代優化。這種方法使用戶能夠調整關鍵設計參數（例如繞組配置、轉子和定子幾何結構以及結構材料），并快速評估其對NVH性能的影響。此外，這種靈活性有助于用戶在性能、成本和NVH特性之間實現最佳平衡。
為了進行快速NVH分析，Motor-CAD軟件使用一種分析機械模型，將定子幾何結構簡化為簡單的環形結構。然而，其在剛度計算方面有局限性。例如，當齒底較寬時，就會發生這種情況——如圖1所示，齒部幾何結構會影響定子軛剛度。
圖2比較了未調諧的Motor-CAD等效輻射功率（ERP）水平與圖1所示電機在Ansys Mechanical結構有限元分析（FEA）軟件中的結果。
展開 【12月4-5日 上?！?em>ANSYS官方培訓—電機多場耦合仿真（電磁、流體、振動、噪聲耦合分析）
電機多場耦合仿真（電磁、流體、振動、噪聲耦合分析）
培訓背景
電機，特別是現代高效能電機和新型永磁電機，作為工業領域最為重要的電能轉換設備，其直接/間接用電量占到了工業領域總用電量的近75%，如何在電機方案設計前期有效提升產品的效率？如何在保證效率的同時綜合提升電機的散熱性能指標？如何優化電機振動和噪音？如何盡可能的壓縮產品開發周期、降低產品的開發成本？上述問題嚴重制約著電機研發、設計企業和研究院所的長期穩定發展，以及產品的核心競爭力提升。
為了推進中國電機設計企業和院所的產品設計能力提升、解決電機設計工程師在實際設計中面臨的工程問題；同時，也為了讓廣大電機設計工程師更好的使用軟件，普及ANSYS電機多物理場耦合分析高級功能， ANSYS公司（原廠）特定于12月4日在上海開辦 “電機多場耦合仿真（電磁、流體、振動、噪聲耦合分析）”專題班，幫助您全面了解ANSYS軟件最新功能與使用技巧，解答您在軟件使用中的疑惑與問題，并將上述軟件的各項功能靈活高效地應用于仿真中，解決目前一些研究熱點中的仿真難題，提升高效電機產品研制和設計效率。
培訓合格者發放ANSYS技術培訓認證證書。
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