風扇噪聲仿真的案例
（轉帖）VL風扇噪聲計算（FLUENT與VL聯合仿真詳細步驟）
Z-Wing大師從最簡單的幾何建模開始，然后CFD計算，最后到數據導入VL進行風扇噪聲計算這樣一個完整流程，整個教程長達236頁！！！大家可以一步步按照Z-Wing大師的講解，使用Fluent與VL，完成風扇噪聲仿真的全過程！！！相信這樣的資料大家一定會收藏！！！
教程下載地址：http://www.kuaipan.cn/file/id_4630314047506294.htm
教程從風扇幾何建模、流體域建模開始講起，讀者完全可以依照這一過程實現計算。另外，Z-Wing大師由于使用的是Gambit，部分讀者用其它的前處理軟件（例如HyperMesh、ICEM、ANSA、ANSYS Workbench等），只要按照Z-Wing大師的思路去操作就可以了。如果大家不想在幾何建模上花時間，下面有Z-Wing大師提供的風扇噪聲STP模型文件，讀者只要用軟件打開就可以了。
模型下載地址：http://www.kuaipan.cn/file/id_4630314047506296.htm
Z-Wing大師教程截圖：
http://pan.baidu.com/s/1pJpDBlh
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模型：
fanblade.rar
教程：
Fluent - LMS Virtual-20120825-01-1.pdf
Fluent - LMS Virtual-20120825-01-2.pdf
Fluent - LMS Virtual-20120825-02-1.pdf
Fluent - LMS Virtual-20120825-02-2.pdf
Fluent - LMS Virtual-20120825-03.pdf
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CFD專欄丨基于LBM算法的風扇氣動噪聲仿真實例
風扇的氣動噪聲
在工業設備行業，最大噪音值受法規限制。在很多使用風扇冷卻的設備上，風扇噪聲通常是這些設備工作噪聲的最大貢獻量。而在家電民用行業，例如空調、空氣凈化器、油煙機等，其噪音大小直接關系到用戶的體驗感受，而這些設備中風扇噪聲都有很大的貢獻量。
噪音測試目前是一種比較成熟、且高效的獲取風扇噪聲的方法。但是通過噪聲測試我們能獲取的只有當前設備的噪聲水平、以及頻譜中的階次特征，它并不能告訴我們噪聲產生的機理，以及優化噪聲的方向。同時，對于大型、復雜的風機葉片，模具或測試模型的制作成本也較高。加工、安裝的誤差或不確定性，也難以評估。
風扇噪聲測試
風扇流場CFD仿真
計算氣動聲學 (Computational AeroAcoustics，CAA) 是研究由湍流產生噪聲的問題，常見的比如風扇噪聲，空調噪聲，通風噪聲等。為了求解湍流中小尺度的特征，需要高精度的空間和時間上的解算方法。在數值上我們既要滿足足夠高的采樣頻率，也要滿足足夠小的空間解析率，同時要考慮到實際項目應用中效率問題，因此對于氣動噪聲的仿真一直是業內難題。
展開 航空發動機風扇噪聲仿真
下圖列出了NASA研究中的若干降噪方案，分別為使用斜向上的短艙入口設計（使噪聲向天空輻射而不是地面）、主動噪聲控制技術、聲襯（被動控制）、前掠風扇葉片、彎掠出口導葉。其中葉片的彎掠技術可以降低轉靜干涉而使噪聲降低，且無需增加額外的裝置，深受各大航空發動機制造商青睞。
盡管NASA做了很多實驗研究，但在設計流程中，風扇噪聲的優化迭代還是要靠仿真軟件。針對風扇噪聲仿真對標這個細分課題，NASA也有專門的研究。其中較為著名的就是NASA主導，普惠、GE和霍尼韋爾分別參與的靜音風扇研究項目。NASA做了一系列實驗，并把實驗數據公布與眾，引誘眾多軟件廠商前來對標。
作為氣動噪聲仿真領域的扛把子，PowerFLOW怎會錯過這樣的機會。于是針對NASA SDT（NASA/GE Source Diagnostic Test）項目，PowerFLOW進行了一系列仿真計算，相關結果發表于AIAA。本文展示了其中一部分研究成果，即針對三種不同的出口導葉方案（基本型、低葉片數方案、后掠的低噪聲方案）進行了研究分析。
下圖分別展示了三個不同方案下，仿真和實驗得到的沿短艙外側、平行于短艙軸線不同位置處的總聲壓級的對比。可以看到，PowerFLOW預測的噪聲指向性分布與實驗基本一致，且絕對值的差異均在2.5dB之內。
如果進一步的比較方案效果的話，結果更令人驚訝，PowerFLOW預測的低噪聲方案和低葉片數方案相對于基準方案的降噪效果與實驗的差異基本保持在1dB之內，如下圖所示。
而在本次仿真中，還觀測到了一個非常有趣的現象。我們知道，雖然風扇的各個葉片在設計時遵從了相同的安裝角，但由于加工和裝配誤差，每個葉片的實際安裝角會略有不同。而這種裝配誤差卻可能會減弱轉靜干涉引起的諧頻噪聲。工程上也有人專門對安裝角進行一定的周向變動，形成“錯頻效應”來降低諧頻噪聲。
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 風扇氣動噪聲仿真分享
01
前言
風扇/風機作為一種通用的流體機械，其廣泛應用于家電、軍工、車輛等領域。
風扇在運轉中，旋轉的葉片與周圍的流場以及靜止部件（蝸殼、格柵等）都存在相對運動，其流場表現出明顯的非定常特性。這種非定常特性不但影響風扇的氣動性能，也會產生明顯的氣動/流致噪聲。
隨著近些年來國內經濟的飛速發展，人們對居住、辦公、駕乘等環境的舒適度要求越來越高。風扇的氣動/流致噪聲，在家用空調的內外掛機、空氣凈化器、吸塵器、吸油煙機、汽車空調等的噪聲中均占據了主要的組成部分。
各相關企業的研發人員，對于研究、預測、降低風扇的氣動/流致噪聲可謂傷透了腦筋。某國外家電大牌的吸塵器等產品動輒大幾千元，其主打的產品特點就是“靜音”。
對于風扇氣動/流致噪聲的預測，或者說在工業領域應用氣動/流致噪聲的仿真分析，一直都存在痛點/難點。
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。混合方法（使用Lighthill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 仿真助力減少航空發動機渦輪風扇的噪聲
飛機渦輪發動機中的渦輪風扇是主要的飛行噪聲源之一。過量的噪聲可能會引發一系列健康問題，例如聽力障礙、睡眠紊亂和壓力疾病。聲學建模可以幫助您優化渦輪風扇發動機的設計，減少噪音污染及其負面影響。我們將通過噴射管教程模型，闡明使用聲學建模方法的好處。
為什么降噪對于渦輪風扇發動機很重要？
如果您乘坐過商用飛機，所在的航班很可能是由渦輪風扇發動機驅動的。渦輪風扇發動機的工作原理是：將部分捕獲的空氣送入壓縮機，空氣經壓縮后進入燃燒室，和燃料混合燃燒，排出燃氣可產生飛行推力。
圖1 渦輪風扇發動機的示意圖。
圖片由 K. Aainsqatsi 提供。在CCBY-SA 3.0 許可下使用，通過 Wikimedia Commons 分享。
圖2 真實的渦輪風扇發動機。
圖片由 Sanjay Acharya 提供。在CCBY-SA 3.0許可下使用，通過 Wikimedia Commons 分享。
近年來，渦輪風扇發動機的設計得到了極大改進，尤其是降噪。知道為什么嗎？再次想象一下你正在乘坐飛機——發動機一路在耳邊喧囂可不是什么愉快的經歷。對于機場附近的居民來說，飛機著陸和起飛時的巨大噪音會擾亂睡眠作息。因此，降低飛機及其發動機產生的噪音成為了航空業關注的焦點。為了演示具體的操作流程，我們來看一看簡化的噴射管教學模型。
展開 CFD專欄丨軸流風扇噪聲CFD仿真試驗對標
雖然在風扇上游沒有擾動，來流均勻，但是觀察到導管圓弧形進氣口和輪轂近壁區的流動分離，擴展到下游并和葉片的轉動產生了擾動。
從風扇的上游看，流場基本是對稱的，渦量較強的區域主要集中在葉輪的外圍。
中心對稱截面的聲壓云圖，可見聲波在空間的傳播過程。（可在后處理中將時域的聲壓結果轉為頻域的dbMap觀察不同頻段的能量分布）
總結
低壓軸流風扇通常用于通風和冷卻系統，除了風量、風壓等氣動性能外，氣動噪聲也是很重要的指標。
試驗方法可以評估一款風扇的噪聲水平，通常采用麥克風的聲壓級對標仿真精度。由于噪聲和流場是密切相關的，工程師可以通過仿真方法深刻理解噪聲產生的機理并對比不同的降噪措施。
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 風扇噪聲流體仿真解決方案
風扇通常在獨立條件下進行評估，其中任何復雜的組件或子系統通常會導致增加噪音。然而，構建物理樣機非常昂貴，并且需要反復測試。若要對產品設計進行重大更改或構建更多樣機，此時通常為時已晚，而且這將增加成本和延后產品的發布時間。Altair ultraFluidX可以幫助工程師檢測現有樣機中的風扇噪音，并在新產品研發初期就可采用仿真的方法減少噪音源。
雖然CFD數值仿真更適合早期設計評估，但大多數傳統網格法CFD求解器模擬氣動噪聲周期長，代價高。ultraFluidX的Lattice Boltzmann（格子玻爾茲曼算法）具有獨特的高精度瞬態特性，使工程師能夠仿真和理解復雜的流動結構和相互作用。
面臨的挑戰？
風扇和其他旋轉物體的聲學性能的實驗評估嚴重受限于物理測試的困難或設備尺寸。作為實驗方法的替代方法，數值方法被引入到開發流程中。與旋轉機械的流動引起的噪聲相關的物理機制是復雜的，且對于氣動聲學方法來說是具有挑戰性的：
噪聲是一種高度瞬態現象，傳統的CFD求解器由于流動和結構的復雜性，難以準確預測在一個合理時間區段中的瞬態效應
窄帶噪聲集中在頻譜的一個狹窄部分，包含高比例的聲能
寬帶噪聲是由湍流邊界層或葉片上的分離引起的。
風扇安裝位置和周圍零件會影響上下游的流動條件。
展開 風扇噪聲流體仿真解決方案
風扇通常在獨立條件下進行評估，其中任何復雜的組件或子系統通常會導致增加噪音。然而，構建物理樣機非常昂貴，并且需要反復測試。若要對產品設計進行重大更改或構建更多樣機，此時通常為時已晚，而且這將增加成本和延后產品的發布時間。Altair ultraFluidX可以幫助工程師檢測現有樣機中的風扇噪音，并在新產品研發初期就可采用仿真的方法減少噪音源。
雖然CFD數值仿真更適合早期設計評估，但大多數傳統網格法CFD求解器模擬氣動噪聲周期長，代價高。ultraFluidX的Lattice Boltzmann（格子玻爾茲曼算法）具有獨特的高精度瞬態特性，使工程師能夠仿真和理解復雜的流動結構和相互作用。
面臨的挑戰？
風扇和其他旋轉物體的聲學性能的實驗評估嚴重受限于物理測試的困難或設備尺寸。作為實驗方法的替代方法，數值方法被引入到開發流程中。與旋轉機械的流動引起的噪聲相關的物理機制是復雜的，且對于氣動聲學方法來說是具有挑戰性的：
噪聲是一種高度瞬態現象，傳統的CFD求解器由于流動和結構的復雜性，難以準確預測在一個合理時間區段中的瞬態效應
窄帶噪聲集中在頻譜的一個狹窄部分，包含高比例的聲能
寬帶噪聲是由湍流邊界層或葉片上的分離引起的。
風扇安裝位置和周圍零件會影響上下游的流動條件。
展開 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。
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