管道噪聲抑制
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
管道噪聲抑制的視頻教程
MSC氣動聲學全解決方案--基于scFLOW2Actran的HVAC管道氣動噪聲案例展示
來自海克斯康大學視頻公開課，微信公眾號：MSCSoftware 視頻簡介： 在氣動噪聲的模擬計算中，工程師往往關注以下幾點：優化設計的快速性、是否可能在設計前期就進行噪聲預測、仿真計算的網格規模、能否有效控制仿真成本、節約計算時間等。目前同樣在Hexagon|MSC Software公司旗下的scFLOW和Actran軟件就實現了無縫連接，可以有效提高氣動噪聲的計算效率。
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管道噪聲抑制的實例教程
因此針對管道噪聲設計消聲方案，消聲量需達到20 dB(A)左右，且在0～4000 Hz范圍內實現全頻段消聲。
圖3 室內噪聲頻域圖
2 消聲方案設計
擴張式消聲器是針對管道噪聲降噪的優選手段，因此本文利用擴張式消聲器針對真空泵的管道噪聲進行降噪處理，消聲器傳遞損失的計算公式為：
式中：m為擴張比，是入口截面積與擴張腔截面積的比值；l為擴張腔的有效長度；k為波數。由式（1）可以看出：對于單擴張腔消聲器，其消聲量與消聲器擴張腔有效長度和出入口與擴張腔的面積比有關。因式中存在正弦函數，因此消聲器的傳遞損失曲線為正弦曲線。因此單擴張腔的消聲器無法避免存在傳遞損失為零的通過頻率。為了消除消聲器傳遞損失的通過頻率，采用雙擴張腔串聯式消聲器[14-15]，通過合理設計兩個擴張腔的有效長度，可以避免傳遞損失的通過頻率。
展開 因此在分析電機電磁噪聲時可以忽略切向電磁力波的影響，僅對電機的徑向電磁力波進行分析。
1.3 電磁力波的二維傅里葉變換分析
通過對時域電磁力波進行二維傅里葉變換(2DFFT)，可以獲得頻域上電磁力波的時空分布。電機在空載和負載工況下的氣隙磁密諧波分量相同，但由于電樞反應諧波幅值增大,電機的電磁力波也會增大，因此在峰值功率8 000 r/min工況下進行電磁力波的2DFFT分析，分析結果如圖3所示。
由圖3可知，電機的電磁力波在0階0倍頻、6階2倍頻、-6階12倍頻及0階12倍頻處幅值較大。o階0倍頻的電磁力波作用于定子鐵心,會使定子及機殼在徑向上產生比較一致的伸縮運動，對電機電磁振動噪聲的影響可以忽略。6階2倍頻力波與-6階10倍頻力波幅值雖然較高，但其空間階次較高,對電磁噪聲貢獻有限，可以忽略不計。因此對電機電磁噪聲貢獻最大的是0階12倍頻的電磁力波。
2 電磁力波優化分析
可以從3個方面入手抑制PMSM的電磁噪聲:(1)提高電磁力波空間階次;(2)降低電磁力波幅值;(3)使電磁力波的頻率遠離電機的固有頻率［⑶。優化方法需有效抑制低階徑向電磁力波,從而降低電機噪聲。電磁力波與氣隙磁密關系密切，只要電機通電或旋轉就會產生電磁噪聲。徑向電磁力波會通過定子齒部傳遞到輒部,引起定子覘部圓周方向的形變,是電機電磁噪聲的主要激勵源。本文采用的6極36槽電機的非零最小電磁力波階數為6,6階電磁力波對電磁噪聲貢獻較小，可以選擇在轉子側開輔助槽來優化氣隙磁密。同時對比分析轉子開輔助槽以及針對一階齒諧波的轉子分段斜極方法對齒槽轉矩和電磁力波的影響。
2.1氣隙磁密優化分析
2.1.1轉子開輔助槽
降低氣隙磁密諧波、提高氣隙磁密的正弦度是抑制電磁力波的關鍵因素。
展開 變壓器噪聲信號
變壓器并不完美。瞬變和噪聲（射頻和低電平尖峰）通常通過變壓器，不僅通過初級和次級繞組之間的磁通線，而且還通過繞組之間的電阻和電容路徑。
隔離變壓器用于抑制瞬變和噪聲（照片來源：Berk Elektroteknik）
變壓器設計人員必須處理兩種基本類型的噪聲信號：
1. 共模噪聲：出現在本地接地參考和每個電源導體（包括中性線和設備接地）之間的電壓形式的不需要的信號。
2. 常模噪聲：以電壓形式出現在線對線和線對中性線信號中的無用信號。
那么，我們可以做些什么來抑制這種噪音呢？
增加初級和次級繞組的物理隔離將起到神奇的作用并減少電阻和電容耦合。然而，它也將減少電感耦合并減少功率傳輸。
這種技術的一個應用如圖 1 所示，其中變壓器噪聲去耦更進一步，將初級和次級繞組放置在它們自己包裹的箔盒屏蔽中。
圖 1 – 高性能隔離變壓器中使用的屏蔽布置
這種機械設計的設計目標是高共模和常模噪聲衰減
對于特定的額定功率，繞組在物理上盡可能地分開，并放置在法拉第屏蔽之間。這使得變壓器從初級到次級以及從次級到初級的噪聲衰減很大。圖 2 說明了所涉及的機制。
繞組之間以及繞組與框架之間的電容被分解為較小的電容并分流到地，從而最大限度地減少整體耦合。
展開 在Actran中可以使用兩種不同的聲類比方法：Lighthill聲類比，適用于低馬赫數（Ma<0.3）氣動噪聲；M?hring聲類比，適用于更高的馬赫數（Ma>0.3）。Lighthill 聲類比和M?hring聲類比都基于CFD中的N-S方程和連續性方程推導獲得，Lighthill聲類比方法無法考慮流體流動對聲傳播的影響，所以僅能用于低馬赫數氣動噪聲計算。
在氣動噪聲計算過程中所有相鄰的CFD單元的結果都能映射到聲學網格節點，如下圖所示；這種方法不需要對聲源區域的聲學網格進行細化就能保證計算非常準確，因為它使用了CFD網格中包含的所有信息。氣動聲源被映射到聲學網格上，就可以運行Actran計算。Actran的計算不局限于簡單的聲傳播，還可以通過復雜的傳播路徑來計算空氣聲學源的聲學傳播，如可以增加吸收材料或穿孔板，可以計算由氣動聲源引起的結構的振動等等。
圖6 信息映射過程及聲傳播
圖7 混合方法求解空調管道氣動噪聲
如上圖所示，偉世通（Visteon）采用混合方法來計算空調管道氣動噪聲，并發表在SAE國際大會上。研究的案例是一個汽車空調管道，空氣通過前端系統注入，一個麥克風位于管道前方，以記錄噪聲大小。為了重現這個實驗，工程師進行瞬態CFD計算，然后建立Actran模型求解氣動噪聲。計算完畢可以得到Lighthill聲源分布，聲場分布云圖及監測點聲壓級頻譜與實驗的對比結果。使用混合方法計算的結果與實驗結果非常匹配，這一結果使韓松系統（Hanon systems）工程師確信該方法很適合預測氣動噪聲。
展開 1風扇流場分析
1.1案例介紹
風扇可以用于發動機的冷卻等很多場景，合理的風扇設計將極大地提高風扇的效率，但由于管道風扇內部流動非常復雜，通過理論計算對其流動進行定性分析十分困難，風洞試驗雖然可以得到其流動參數和噪聲特性，但也無法對流場內部的流動細節進行描述。
本案例演示如何利用Fluent進行風扇流動特性和噪聲特性計算。
1.2幾何建模和流場計算域建立
本案例風扇外徑為384mm，輪轂直徑為140mm，輪轂比為0.365，8扇葉均勻分布，外流場建模充分考慮到進氣試驗標準，入口區長度至少為入口處管道直徑的六倍；而出口區的長度則應保證至少為出口位置管道直徑的十倍；至于旋轉流體區，是指包含了風扇本體以及周圍流場的圓柱體區域，應當保證其尺寸盡量靠近風扇葉片的直徑，最終風扇模型和外流場模型分別如下圖所示。
1.3模型網格的劃分
網格生成作為仿真計算中的關鍵環節，其結果直接控制了后續計算過程的效率與精度。為了保證劃分結果的質量，應選擇合適的網格尺寸，防止太疏或太密的網格產生，在流量梯度較大的流動區域內，應當盡量提高網格質量（高細密度，較小的歪斜度）；至于梯度小的區域可以在保證精度的基礎上適當較少網格數目。
本案例旋轉流體區由于包含了風扇本體且流動情況最為復雜，為了保證足夠的計算精度，該區域網格尺寸最小。管道區網格尺寸較旋轉區略大，最終劃分結果如下圖。
1.4邊界條件設定與旋轉模型選取
完成網格生成后需進行邊界條件的設置。
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管道噪聲抑制的最新內容
陳國平1,2 徐一鳴1,2 陳澎鈺1,2 張進男1,2 張旭1,2
1.海信家電集團有限公司
2.海信空調有限公司
摘要
：電機模態的準確分析是實現電機低噪聲驅動設計的重要環節。當電機模態頻率與對應階次徑向電磁力波頻率接近時，會產生共振。以一臺6極36槽的70 kW商務車主驅動永磁同步電機(PMSM)為研究對象,對比分析轉子開輔助槽和針對一階齒諧波的轉子分段斜極方法對電磁力波的影響。采用轉子開輔助槽和轉子分段斜極的優化方法后,0階12倍頻徑向電磁力波幅值可減小79%。建立電機三維有限元模態仿真模型，
01
海上平臺消防水泵振動診斷
1風扇流場分析
1.1案例介紹
風扇可以用于發動機的冷卻等很多場景，合理的風扇設計將極大地提高風扇的效率，但由于管道風扇內部流動非常復雜，通過理論計算對其流動進行定性分析十分困難，風洞試驗雖然可以得到其流動參數和噪聲特性，但也無法對流場內部的流動細節進行描述。
本案例演示如何利用Fluent進行風扇流動特性和噪聲特性計算。
1.2幾何建模和流場計算域建立
本案例建立了一管道式淺口腔結構，基于COMSOL軟件的CFD模塊和聲學模塊仿真了管道系統中一種簡單的腔內流噪情景。仿真結果如圖所示。
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變壓器噪聲信號
變壓器并不完美。瞬變和噪聲（射頻和低電平尖峰）通常通過變壓器，不僅通過初級和次級繞組之間的磁通線，而且還通過繞組之間的電阻和電容路徑。
隔離變壓器用于抑制瞬變和噪聲（照片來源：Berk Elektroteknik）
變壓器設計人員必須處理兩種基本類型的噪聲信號
作者 | 吳 昌 MSC CFD高級工程師
白長安 MSC聲學高級工程師
* 友情提示：文末有驚喜
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前言
噪聲源主要有兩種構成，振動噪聲源和氣動噪聲源。顧名思義，振動噪聲是由結構振動輻射出來的噪聲，氣動噪聲是由流體流動中的湍流引起并傳播出來的噪聲
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1引言
汽車空調管路在設計時需要評估以下性能指標：
（1）空調管路的壓力損失，氣流的分離程度；
（2）空調管路流入乘員艙的流體流動的方向性和均勻性；
（3）空調系統產生的噪聲大小。
同時
由于沃爾沃已經對增壓器的噪聲頻率有了較好的把握，因此可以通過在進氣管道中增加共鳴腔的方式抑制管道噪聲。共鳴腔的幾何設計可由需要抑制的目標頻率確定。而對于進氣管道的振動輻射聲模擬，則需要建立聲振耦合的模型。
應用6: 排氣流致噪聲仿真 (exhaust – flow noise)
當排氣管道流速較大時會產生明顯的流噪聲。
1.管路產生噪聲的原因主要是以下兩種：
（1）流速高。高速氣流的流動必然沖刷管道，激發管壁產生振動，振動噪聲經管壁向周圍輻射，引發噪聲環境污染。
（2）彎頭、變徑部位因渦流、渦阻作用，氣體紊流現象嚴重，使管道、變徑部位、調壓閥劇烈振動而引發噪聲。
管道流動噪聲模擬能夠預測流體在管道中隨著流速變化所產生的流致噪聲；模擬結果中的管道壁面壓力脈動能夠作為管道振動計算的輸入激勵，計算管道振動輻射噪聲
