流動噪聲優化的案例
CFD專欄丨空調管路流動噪聲LBM仿真
A.管路流動噪聲的實驗對標
實驗對象是簡單的L形風道，矩形截面 。設置有閥門和無閥門兩種構型，實驗段入口風速為勻速7.5m/s，風道內是充分發展的湍流。實驗段上游采用變速風扇驅動氣流，通過串聯消聲器降低風扇噪聲。待測L形風道放置在消聲室內。在風道內 7 個位置用 1/4 英寸傳感器測量非定常壁面壓力波動。使用 PIV 裝置測量風道內時均流場結構。
實驗裝置原理圖
實驗段L形肘管尺寸
PIV實驗
ultraFluidX仿真模型的時間步長Δt=8.4x10-7s，計算物理時間1.1秒，湍流模型為Smagrinsky LES。
LBM格子加密方式：管路和閥門內壁體貼加密8層0.5mm的格子，管路出口為1mm, 2mm，4mm……2^n格子尺寸過渡。
LBM模型的格子加密
LBM模型的格子加密
瞬態流場動畫顯示，由于流動慣性，在90°彎頭內側發生流動分離，閥門下游的低速區存在較為紊亂的流動，以及管路出口的高速噴流，這些高度非定常的流動區域是噪聲的主要來源。
ultraFluidX仿真結果
管路瞬態流速（有閥門）
在HyperMesh CFD中將時域風壓數據進行信號處理，可以看出管路出口的湍流風壓，幅值大，以對流速度傳播，通常被稱作偽噪聲（Pseudo Noise）。以及向遠場傳播的聲學壓，幅值小，以聲速傳播，并被遠場麥克風記錄。通過FFT處理，用戶可以將特定頻段的信號過濾，更直觀的分析噪聲的產生和傳播。
展開 直播課程 | 快速的三維流動噪聲仿真
05/講師簡介
吳昌
Hexagon | MSC Software CFD高級工程師，工學碩士，先后參與過建筑環境氣流組織優化，汽車氣動CFD仿真自動化平臺開開發，大氣環境CFD仿真自動化平臺二次開發、電子設備CFD仿真自動化平臺二次開發搭建，風機氣動噪聲優化等多項氣動和熱學項目。
白長安
Hexagon | MSC Software Actran高級工程師，西安交通大學博士學歷，具有10年振動噪聲領域工作經驗。在汽車高速行駛風噪預測與優化，風機類旋轉機械噪聲預測與控制，核電管路系統噪聲預測與控制等方向具備多年工程經驗。
展開 用lms virtual lab模擬水泵流動噪聲
有償求大佬帶
Tosca fluid--流體流動的設計和優化
Tosca fluid是目前唯一一款模塊化的針對管道流動問題的無參管道流體優化系統，它采用行業標準的CFD拓撲優化求解器，其優化過程設置簡單、不需要參數。基于初始的設計空間，由Tosca fluid自動優化流道的設計，采用先進的優化技術幫助工程師開發新的產品，采用單一的CFD求解器運行得到諸如顯著降低壓降和增強流動均勻性的優化結構。
Tosca fluid優勢
與先進的CFD求解器無縫集成；
通過自動布局和廣泛集成過程提高效率；
通過在產品開發的早期階段應用優化縮短開發時間；
獨特的和經濟的新型流道開發方法；
Tosca fluid-流體流動的設計和優化.pdf
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電動汽車動力總成噪聲分析與優化
動力總成是純電動汽車的動力來源,其振動與噪聲性能是影響汽車舒適性的關鍵因素。純電動汽車動力總成由電機及減速器組成。永磁同步電機因體積小、功率密度高等優點而廣泛應用于電動汽車。永磁同步電機電磁噪聲和減速器嘯叫噪聲是純電動汽車NVH(noise vibration and harshness)開發中的常見問題,優化上述2種噪聲是提高純電動汽車動力總成NVH性能的重要手段。
目前,國內外對減速器齒輪嘯叫噪聲和永磁同步電機電磁噪聲都有較多的研究。減速器嘯叫是由內部齒輪在嚙合傳動中所受的不平穩的激振力和嚙合過程的傳動誤差引起的一種中高頻噪聲,其優化多是通過對齒輪進行微觀修形,改善齒輪嚙合狀況。
永磁同步電機電磁噪聲的根源是電機內部氣隙中各諧波磁場產生的交變電磁力。電磁力有切向分量和徑向分量。徑向電磁力在引起電磁振動及噪聲方面起主要作用,它使定子鐵芯產生徑向振動,徑向振動產生的噪聲是電機電磁噪聲的主要成分。
永磁同步電機電磁噪聲的優化主要有2種途徑:① 改變電機機械結構;② 減少電樞電流的諧波含量。
本文以一臺某型號純電動汽車動力總成為研究對象,首先分析了動力總成減速器的階次噪聲;然后解析分析了動力總成驅動電機的徑向電磁力特性，并利用Maxwell軟件進行仿真,識別出電機可能產生的噪聲階次;最后提出了采用聲學包包裹降低動力總成噪聲的優化措施,并進行了試驗驗證。
1 動力總成噪聲來源分析
本文研究的動力總成如圖1所示。
展開 CFDPro熱管仿真 | 模擬熱管內部流動及傳熱傳質過程，優化熱傳輸性能
</p><p>盡管熱管在實際應用中已經展現出了其優越的性能，但在設計和優化過程中仍然面臨諸多挑戰。實驗測試雖然能夠提供真實的數據，但往往成本高昂且周期長。此外，實驗條件難以完全控制，可能會受到環境因素的影響。因此，仿真技術在熱管設計和優化過程中起到了至關重要的作用。</p><p><strong>熱管模擬仿真目的</strong></p><p>通過CFD技術模擬熱管的實際工作過程，以預測和優化其熱傳輸性能。仿真可以實現以下幾個目的：</p><p><strong>設計優化：</strong>基于仿真數據，可以調整熱管的幾何形狀、管徑、管長、翅片結構等關鍵參數，以最大化其熱傳輸效率。</p><p><strong>性能預測：</strong>通過CFD技術，可以預測熱管在不同工況下的溫度分布、壓力變化、傳熱效率以及響應速度等關鍵參數。</p><p><strong>流動與傳熱特性分析：</strong>揭示熱管內部的流體流動和傳熱特性，觀察到流體在熱管內的流動路徑、流速分布、壓力分布以及溫度分布等關鍵信息。</p><p><strong>穩定性與可靠性評估：</strong>評估熱管在不同運行條件下的穩定性和可靠性。包括長時間運行、負荷變化、環境變化等多種情況。</p><p><strong>熱管仿真的難點</strong></p><p><strong>物理模型復雜性：</strong>熱管仿真涉及到兩相流、多組分流動、相變現象、復雜的傳熱機制以及毛細力驅動的回流效應，這些都需要高精度的數學模型來描述。</p><p><strong>邊界條件設置：</strong>準確設定熱管兩端及壁面的熱通量、壓力、濕度等邊界條件是仿真結果準確性的關鍵，而在實際情況中這些條件可能會隨時間和空間變化。
展開 純電動汽車電機嘯叫噪聲優化
圖11 右懸置支架上安裝動力吸振器電機8階噪聲結構優化方案總體如表1所示:
表1 電機結構優化方案
3.5 電機優化方案效果驗證
經整車試驗驗證，體現電機逆變器殼體三個優化方案及電機右懸置支架安裝動力吸振器后，車內電機8階噪聲在490Hz峰值較原狀態降低5dB（A），在580Hz峰值降低7dB（A），優化效果明顯，且電機8階噪聲水平基本在50dB（A）以下，主觀評價7分。
純電動汽車電機嘯叫噪聲優化
對于逆變器殼體490Hz共振問題，實施優化措施如下：殼體厚度由原來的3mm增加至4mm、殼體背面增加加強筋結構、逆變器殼體上表面粘貼阻尼片，具體措施如圖10所示。優化后，逆變器上殼體模態頻率由488Hz提升至613Hz。
圖10 逆變器殼體結構改進方案
對于右懸置支架580Hz強迫振動問題，實施優化措施如下：綜合考慮布置空間和右懸置支架8階振動情況，在右懸置支架上安裝固有頻率為580Hz的動力吸振器，如圖11所示。該動力吸振器關鍵設計參數如下：Z向固有頻率滿足580Hz±5%Hz，質量滿足200g±20g。
圖11 右懸置支架上安裝動力吸振器電機8階噪聲結構優化方案總體如表1所示:
表1 電機結構優化方案
3.5 電機優化方案效果驗證
經整車試驗驗證，體現電機逆變器殼體三個優化方案及電機右懸置支架安裝動力吸振器后，車內電機8階噪聲在490Hz峰值較原狀態降低5dB（A），在580Hz峰值降低7dB（A），優化效果明顯，且電機8階噪聲水平基本在50dB（A）以下，主觀評價7分。
展開 案例分享 | 麥克馬斯特大學使用Actran優化電機噪聲
Actran中仿真的牽引16/24開關磁阻電機的模態振型
“一旦馬達的振型和固有頻率確定，我們就可以預測哪一階徑向力是引起主要噪聲的來源，可以進一步回歸到電磁設計中減小徑向力。”
結果和校驗
馬克馬斯特研究者通過將Actran引入設計流程中開發了電流控制技術。“我們不用更改馬達，通過優化電流實際上就可以降低噪聲，因為徑向力與靜子的激勵有關。我們在實驗中驗證了這種方法可以降低開關磁阻電動機噪聲。”Berker Bilgin博士說。
仿真工具的使用極大的減少了物理樣機的使用，而且也使產品開發中更多更深入的分析成為可能。仿真的另外一個附加值得益于Actran的三維仿真能力，對細節進行模擬。
展開 永磁同步電機電磁振動噪聲自動優化
1 前言
當前新能源汽車電機電磁振動噪聲，越來越受到電機開發人員的關注。如何快速定位噪聲源，優化電機振動噪聲成為突出問題。
MANATEE(Magnetic Acoustic Noise Analysis Tool for Electrical Engineering)是法國EOMYS工程開發的電機振動噪聲仿真設計工具，是全球唯一一款專門應用于電機電磁-振動-噪聲耦合分析設計工具。專注于計算由麥克斯韋電磁力波引起的振動噪聲。軟件包括電力電子驅動模塊、電機電磁模擬模塊、機械模擬模塊以及噪聲模擬模塊、變速計算模塊、多物理場耦合模塊、優化模塊等。能夠快速計算評估電機從0啟動至上萬轉轉速運行過程的振動噪聲狀態（20~20000Hz人感官范圍）。
由于電機電磁振動噪聲機理復雜，難于定位，很難找到噪聲源。本文從另外一個角度對電機的電磁振動噪聲進行優化。遺傳算法是一種搜索最優方案的算法，本文利用遺傳算法，實現電機的多參數優化電機電磁振動噪聲。
2 基于MANATEE的電機電磁振動噪聲優化
MANATEE所用遺傳算法為：NSGA2改進型遺傳算法。
Step one：在OP_InManatee_prob.m文件中設置遺傳算法計算參數
OP_InManatee_prob.m文件
在此文件中主要設置的參數為：初始種群數、進化迭代次數、目標函數文件等。
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1 前言
當前新能源汽車電機電磁振動噪聲，越來越受到電機開發人員的關注。如何快速定位噪聲源，優化電機振動噪聲成為突出問題。
MANATEE(Magnetic Acoustic Noise Analysis Tool for Electrical Engineering)是法國EOMYS工程開發的電機振動噪聲仿真設計工具，是全球唯一一款專門應用于電機電磁-振動-噪聲耦合分析設計工具。專注于計算由麥克斯韋電磁力波引起的振動噪聲。軟件包括電力電子驅動模塊、電機電磁模擬模塊、機械模擬模塊以及噪聲模擬模塊、變速計算模塊、多物理場耦合模塊、優化模塊等。能夠快速計算評估電機從0啟動至上萬轉轉速運行過程的振動噪聲狀態（20~20000Hz人感官范圍）。
由于電機電磁振動噪聲機理復雜，難于定位，很難找到噪聲源。本文從另外一個角度對電機的電磁振動噪聲進行優化。遺傳算法是一種搜索最優方案的算法，本文利用遺傳算法，實現電機的多參數優化電機電磁振動噪聲。
2 基于MANATEE的電機電磁振動噪聲優化
MANATEE所用遺傳算法為：NSGA2改進型遺傳算法。
Step one：在OP_InManatee_prob.m文件中設置遺傳算法計算參數
OP_InManatee_prob.m文件
在此文件中主要設置的參數為：初始種群數、進化迭代次數、目標函數文件等。
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后橋總成嘯叫噪聲問題分析及結構優化
利用格里森CAGE 軟件與齒輪動態分析MASTA 軟件的無縫對接，建立齒輪設計——傳動軸-后橋系統動態響應分析——振動噪聲及齒輪錯位量分析——齒輪修形改進的齒輪優化設計思路。
混動車型平衡軸齒輪敲擊噪聲優化
圖21 平衡軸各級齒輪副嚙合力
圖22 優化后油底殼近場噪聲colormap圖
將雙消隙平衡軸制作樣件裝車進行試驗驗證，主觀感受無敲齒聲，評分為7.5分，敲擊噪聲得到進一步改善；如圖23所示，油底殼近場噪聲和振動結果無明顯敲擊特征。
圖23 優化后油底殼近場噪聲和振動
5
結論
縱置車型在2500-5200 r/min轉速范圍表現出平衡軸齒輪寬頻敲擊特性，其主要表現形式如下。
（1）縱置平衡軸齒輪敲擊主要原因為外部激勵變化導致，其中飛輪慣量變大，曲軸系扭轉模態降低，導致發動機常用轉速范圍內平衡軸驅動齒圈角加速度不同程度變大，單級TVD不再適用于縱置平衡軸系統。
（2）針對縱置平衡軸系統，開發出雙級TVD，可以降低平衡軸驅動齒圈角加速度，進而優化齒輪敲擊振動和噪聲。
（3）雙側嚙合力可導致齒輪雙邊敲擊，縱置車型齒輪敲擊為1級齒輪主齒與驅動齒圈和2級齒輪副共同貢獻；針對1級單消隙齒輪扭轉彈簧彈力不足，導致消隙作用失效，開發雙消隙平衡軸，可進一步優化齒輪敲擊振動和噪聲。
齒輪系統降噪，還可從以下幾方面深入研究：增加齒輪重合度，提升軸、軸承、殼體支撐剛度，鋼齒輪更換為樹脂齒輪。
作者：劉月普等
文章來源：MBD之家
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電機右懸置支架模態計算結果如圖9所示：
圖9 電機右懸置支架模態計算結果
3.4 電機結構改進方案
針對逆變器上殼體490Hz共振及電機右懸置支架580Hz強迫振動問題，分別制定結構優化方案。
對于逆變器殼體490Hz共振問題，實施優化措施如下：殼體厚度由原來的3mm增加至4mm、殼體背面增加加強筋結構、逆變器殼體上表面粘貼阻尼片，具體措施如圖10所示。優化后，逆變器上殼體模態頻率由488Hz提升至613Hz。
圖10 逆變器殼體結構改進方案
對于右懸置支架580Hz強迫振動問題，實施優化措施如下：綜合考慮布置空間和右懸置支架8階振動情況，在右懸置支架上安裝固有頻率為580Hz的動力吸振器，如圖11所示。該動力吸振器關鍵設計參數如下：Z向固有頻率滿足580Hz±5%Hz，質量滿足200g±20g。
圖11 右懸置支架上安裝動力吸振器電機8階噪聲結構優化方案總體如表1所示:
表1 電機結構優化方案
3.5 電機優化方案效果驗證
經整車試驗驗證，體現電機逆變器殼體三個優化方案及電機右懸置支架安裝動力吸振器后，車內電機8階噪聲在490Hz峰值較原狀態降低5dB（A），在580Hz峰值降低7dB（A），優化效果明顯，且電機8階噪聲水平基本在50dB（A）以下，主觀評價7分。
展開 純電動汽車電機嘯叫噪聲優化
對于逆變器殼體490Hz共振問題，實施優化措施如下：殼體厚度由原來的3mm增加至4mm、殼體背面增加加強筋結構、逆變器殼體上表面粘貼阻尼片，具體措施如圖10所示。優化后，逆變器上殼體模態頻率由488Hz提升至613Hz。
圖10 逆變器殼體結構改進方案
對于右懸置支架580Hz強迫振動問題，實施優化措施如下：綜合考慮布置空間和右懸置支架8階振動情況，在右懸置支架上安裝固有頻率為580Hz的動力吸振器，如圖11所示。該動力吸振器關鍵設計參數如下：Z向固有頻率滿足580Hz±5%Hz，質量滿足200g±20g。
圖11 右懸置支架上安裝動力吸振器電機8階噪聲結構優化方案總體如表1所示:
表1 電機結構優化方案
3.5 電機優化方案效果驗證
經整車試驗驗證，體現電機逆變器殼體三個優化方案及電機右懸置支架安裝動力吸振器后，車內電機8階噪聲在490Hz峰值較原狀態降低5dB（A），在580Hz峰值降低7dB（A），優化效果明顯，且電機8階噪聲水平基本在50dB（A）以下，主觀評價7分。
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