管道噪聲抑制的案例
往復(fù)式真空泵管道噪聲抑制技術(shù)研究
因此針對管道噪聲設(shè)計消聲方案，消聲量需達(dá)到20 dB(A)左右，且在0～4000 Hz范圍內(nèi)實現(xiàn)全頻段消聲。
圖3 室內(nèi)噪聲頻域圖
2 消聲方案設(shè)計
擴(kuò)張式消聲器是針對管道噪聲降噪的優(yōu)選手段，因此本文利用擴(kuò)張式消聲器針對真空泵的管道噪聲進(jìn)行降噪處理，消聲器傳遞損失的計算公式為：
式中：m為擴(kuò)張比，是入口截面積與擴(kuò)張腔截面積的比值；l為擴(kuò)張腔的有效長度；k為波數(shù)。由式（1）可以看出：對于單擴(kuò)張腔消聲器，其消聲量與消聲器擴(kuò)張腔有效長度和出入口與擴(kuò)張腔的面積比有關(guān)。因式中存在正弦函數(shù)，因此消聲器的傳遞損失曲線為正弦曲線。因此單擴(kuò)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(kuò)張腔串聯(lián)式消聲器[14-15]，通過合理設(shè)計兩個擴(kuò)張腔的有效長度，可以避免傳遞損失的通過頻率。
展開 車用永磁同步電機(jī)的電磁噪聲分析與抑制
因此在分析電機(jī)電磁噪聲時可以忽略切向電磁力波的影響，僅對電機(jī)的徑向電磁力波進(jìn)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(jìn)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(jī)在空載和負(fù)載工況下的氣隙磁密諧波分量相同，但由于電樞反應(yīng)諧波幅值增大,電機(jī)的電磁力波也會增大，因此在峰值功率8 000 r/min工況下進(jìn)行電磁力波的2DFFT分析，分析結(jié)果如圖3所示。
由圖3可知，電機(jī)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(jī)殼在徑向上產(chǎn)生比較一致的伸縮運動，對電機(jī)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(xiàn)有限，可以忽略不計。因此對電機(jī)電磁噪聲貢獻(xiàn)最大的是0階12倍頻的電磁力波。
2 電磁力波優(yōu)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(yuǎn)離電機(jī)的固有頻率［⑶。優(yōu)化方法需有效抑制低階徑向電磁力波,從而降低電機(jī)噪聲。電磁力波與氣隙磁密關(guān)系密切，只要電機(jī)通電或旋轉(zhuǎn)就會產(chǎn)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(jī)電磁噪聲的主要激勵源。本文采用的6極36槽電機(jī)的非零最小電磁力波階數(shù)為6,6階電磁力波對電磁噪聲貢獻(xiàn)較小，可以選擇在轉(zhuǎn)子側(cè)開輔助槽來優(yōu)化氣隙磁密。同時對比分析轉(zhuǎn)子開輔助槽以及針對一階齒諧波的轉(zhuǎn)子分段斜極方法對齒槽轉(zhuǎn)矩和電磁力波的影響。
2.1氣隙磁密優(yōu)化分析
2.1.1轉(zhuǎn)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(guān)鍵因素。
展開 深度講解 | 隔離變壓器是如何抑制瞬變和噪聲的？
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(shè)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(xiàn)在本地接地參考和每個電源導(dǎo)體（包括中性線和設(shè)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(xiàn)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(shù)的一個應(yīng)用如圖 1 所示，其中變壓器噪聲去耦更進(jìn)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(jī)械設(shè)計的設(shè)計目標(biāo)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(jī)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 MSC氣動噪聲全流程解決方案 | 基于scFLOW2Actran的HVAC管道氣動噪聲案例展示
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(shù)（Ma<0.3）氣動噪聲；M?hring聲類比，適用于更高的馬赫數(shù)（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(xù)性方程推導(dǎo)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(shù)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(jié)果都能映射到聲學(xué)網(wǎng)格節(jié)點，如下圖所示；這種方法不需要對聲源區(qū)域的聲學(xué)網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化就能保證計算非常準(zhǔn)確，因為它使用了CFD網(wǎng)格中包含的所有信息。氣動聲源被映射到聲學(xué)網(wǎng)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(fù)雜的傳播路徑來計算空氣聲學(xué)源的聲學(xué)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(jié)構(gòu)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(diào)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(diào)管道氣動噪聲，并發(fā)表在SAE國際大會上。研究的案例是一個汽車空調(diào)管道，空氣通過前端系統(tǒng)注入，一個麥克風(fēng)位于管道前方，以記錄噪聲大小。為了重現(xiàn)這個實驗，工程師進(jìn)行瞬態(tài)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(jiān)測點聲壓級頻譜與實驗的對比結(jié)果。使用混合方法計算的結(jié)果與實驗結(jié)果非常匹配，這一結(jié)果使韓松系統(tǒng)（Hanon systems）工程師確信該方法很適合預(yù)測氣動噪聲。
展開 
管道噪聲模擬
1.管路產(chǎn)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(fā)管壁產(chǎn)生振動，振動噪聲經(jīng)管壁向周圍輻射，引發(fā)噪聲環(huán)境污染。
（2）彎頭、變徑部位因渦流、渦阻作用，氣體紊流現(xiàn)象嚴(yán)重，使管道、變徑部位、調(diào)壓閥劇烈振動而引發(fā)噪聲。
管道流動噪聲模擬能夠預(yù)測流體在管道中隨著流速變化所產(chǎn)生的流致噪聲；模擬結(jié)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。
ACTRAN在處理流致噪聲問題時，CFD計算與聲學(xué)計算是解耦的，即首先進(jìn)行CFD仿真，提取出湍流信息，然后再利用Lighthill或M?hring聲類比方法分析聲場。對于聲學(xué)分析中，只要滿足每波長6網(wǎng)格的規(guī)則即可。ACTRAN軟件可以直接讀取CFD的原始文件，使用積分法將流場信息加載到聲學(xué)網(wǎng)格上，因此不需要對聲源區(qū)的網(wǎng)格做特別的優(yōu)化。
2.管道流致噪聲分析計算步驟如下所示：
（1）
建立CFD分析模型，利用URANS、LES或DES方法進(jìn)行非定常流場計算；
（2）
利用ACTRAN/iCFD命令，將CFD基本量轉(zhuǎn)換為噪聲源Lighthill應(yīng)力張量；
（3）
建立ACTRAN聲學(xué)分析模型，將聲源用積分法插值入聲學(xué)網(wǎng)格；
（4）
執(zhí)行傅里葉轉(zhuǎn)換，將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域；
（5）
計算噪聲的傳播，導(dǎo)出預(yù)設(shè)場點的聲場云圖和聲壓頻響函數(shù)；
（6）
ACTRAN/VI查看結(jié)果。
-海基科技
展開 基于fluent的管道風(fēng)扇氣動噪聲分析
1風(fēng)扇流場分析
1.1案例介紹
風(fēng)扇可以用于發(fā)動機(jī)的冷卻等很多場景，合理的風(fēng)扇設(shè)計將極大地提高風(fēng)扇的效率，但由于管道風(fēng)扇內(nèi)部流動非常復(fù)雜，通過理論計算對其流動進(jìn)行定性分析十分困難，風(fēng)洞試驗雖然可以得到其流動參數(shù)和噪聲特性，但也無法對流場內(nèi)部的流動細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。
本案例演示如何利用Fluent進(jìn)行風(fēng)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(fēng)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(jìn)氣試驗標(biāo)準(zhǔn)，入口區(qū)長度至少為入口處管道直徑的六倍；而出口區(qū)的長度則應(yīng)保證至少為出口位置管道直徑的十倍；至于旋轉(zhuǎn)流體區(qū)，是指包含了風(fēng)扇本體以及周圍流場的圓柱體區(qū)域，應(yīng)當(dāng)保證其尺寸盡量靠近風(fēng)扇葉片的直徑，最終風(fēng)扇模型和外流場模型分別如下圖所示。
1.3模型網(wǎng)格的劃分
網(wǎng)格生成作為仿真計算中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其結(jié)果直接控制了后續(xù)計算過程的效率與精度。為了保證劃分結(jié)果的質(zhì)量，應(yīng)選擇合適的網(wǎng)格尺寸，防止太疏或太密的網(wǎng)格產(chǎn)生，在流量梯度較大的流動區(qū)域內(nèi)，應(yīng)當(dāng)盡量提高網(wǎng)格質(zhì)量（高細(xì)密度，較小的歪斜度）；至于梯度小的區(qū)域可以在保證精度的基礎(chǔ)上適當(dāng)較少網(wǎng)格數(shù)目。
本案例旋轉(zhuǎn)流體區(qū)由于包含了風(fēng)扇本體且流動情況最為復(fù)雜，為了保證足夠的計算精度，該區(qū)域網(wǎng)格尺寸最小。管道區(qū)網(wǎng)格尺寸較旋轉(zhuǎn)區(qū)略大，最終劃分結(jié)果如下圖。
1.4邊界條件設(shè)定與旋轉(zhuǎn)模型選取
完成網(wǎng)格生成后需進(jìn)行邊界條件的設(shè)置。
展開 案例分享|管道與設(shè)備振動噪聲測試、診斷
03
工廠驗收測試—噪聲測試
第三個項目是某設(shè)備供應(yīng)商與懿朵科技簽訂的技術(shù)服務(wù)任務(wù)，該項目需在供應(yīng)商的工廠中進(jìn)行噪聲工廠驗收測試（FAT）。
噪聲測量結(jié)果的質(zhì)量好壞主要取決于混響噪聲的處理方式。為確保噪聲測量結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，懿朵科技建議對試驗臺架進(jìn)行如下準(zhǔn)備工作：放置聲屏障、隔離循環(huán)回路、將閥門遠(yuǎn)離機(jī)組、在距離最近的反射面上布置吸音材料、測試過程中同一房間避免其他機(jī)組工作等。
為獲得最佳測試效果，撬塊應(yīng)安裝在一個空場中，距離墻壁、反射面至少4米。
若在室外環(huán)條件下進(jìn)行測量，則需要保證撬塊周圍沒有任何障礙物遮擋。遵循用EEMUA 140方法，根據(jù)SWL（聲功率級）推導(dǎo)出SPL（聲壓級）。空氣傳播的噪聲也需要測量，此時通常使用聲強(qiáng)法確定聲功率。
文章來源：管道振動技術(shù)
展開 基于Actran的空調(diào)管道類氣動噪聲計算及應(yīng)用
Actran管道計算模型
實驗驗證時如下圖所示，共4個麥克風(fēng)，監(jiān)測點距離出風(fēng)口0.9m，距離地面1m。
圖6. 空調(diào)管道噪聲測試實驗
計算得到的管路聲源分布圖如下所示：
圖7. 不同頻率下聲源分布云圖（應(yīng)力張量）
求解氣動聲源在管道內(nèi)的聲傳播，得到的聲壓級分布云圖如下所示：
圖8. 不同頻率下聲傳播分布云圖（聲壓級dB）
最終得到的聲壓曲線與實驗對比如下所示。
圖9.實驗與仿真對比曲線（2號和4號麥克風(fēng)，聲壓級dB）
由上圖對比曲線可以看出，考慮到多次實驗測得數(shù)據(jù)呈現(xiàn)區(qū)間性，而Actran計算得到的頻譜曲線在整個頻段上與實驗結(jié)果吻合度較高，尤其可以明顯捕捉對應(yīng)的特征頻率。原文描述為：四個麥克風(fēng)處的仿真結(jié)果與實驗結(jié)果吻合度均較高，表明該方法可以精確預(yù)測工業(yè)上管道氣動噪聲。
3.2 不同風(fēng)管的氣動噪聲預(yù)測
本文發(fā)表于AERO-ACOUSTICS會議，詳情見附件[2]。操作流程與3.1章節(jié)文章流程類似，計算過程中，CFD部分采用Fluent軟件，采用LES湍流模型求解管路瞬態(tài)流動特征，網(wǎng)格采用六面體生成技術(shù)，兩個模型（帶格柵管道和不帶格柵管道）網(wǎng)格數(shù)分別為3,200,000和3,900,000，見下圖。
圖10.
展開 管道式淺空腔內(nèi)流致噪聲數(shù)值仿真
本案例建立了一管道式淺口腔結(jié)構(gòu)，基于COMSOL軟件的CFD模塊和聲學(xué)模塊仿真了管道系統(tǒng)中一種簡單的腔內(nèi)流噪情景。仿真結(jié)果如圖所示。
感興趣的朋友歡迎交流合作
沃爾沃乘用車NVH及聲學(xué)仿真案例剖析-第四屆Actran 用戶大會汽車行業(yè)主題演講回顧
應(yīng)用4：風(fēng)噪聲仿真分析 (wind noise based on Fluent CFD results)
對于高速行駛的車輛，風(fēng)噪聲是重要噪聲源。沃爾沃采用了流體軟件Fluent和Actran聯(lián)合仿真的技術(shù)，進(jìn)行風(fēng)噪聲源的計算及其透過側(cè)窗向車內(nèi)的傳播。
沃爾沃在風(fēng)洞中測試了V70轎車在時速140公里條件下的噪聲，對A柱和后視鏡附近區(qū)域進(jìn)行了聲強(qiáng)的測量。
下面是CFD的設(shè)置，采用非定常仿真大渦模擬，將側(cè)窗附近區(qū)域的流場計算結(jié)果依時間步輸出。
下面是Actran氣動聲學(xué)設(shè)置，建立側(cè)窗附件的聲學(xué)傳播區(qū)，并布置虛擬麥克風(fēng)場點以計算聲強(qiáng)結(jié)果。
通過對比測試結(jié)果與仿真結(jié)果，可以總結(jié)出仿真精度受CFD網(wǎng)格加密影響較大。由此得出了聲學(xué)仿真截斷頻率與CFD網(wǎng)格加密程度之間的關(guān)系。
這里展示的僅是風(fēng)噪外聲場計算，傳遞到車內(nèi)的聲場計算目前正在開展中。
應(yīng)用5: 進(jìn)氣管道流致噪聲及共鳴腔設(shè)計 (intake – flow in ducts – resonator design)
汽車在低速加速時，渦輪壓縮機(jī)可能產(chǎn)生一些明顯的噪聲（如whoosh流噪, sigh noise等），這些噪聲會經(jīng)過進(jìn)氣系統(tǒng)，以管道進(jìn)口噪聲和結(jié)構(gòu)振動輻射噪聲的形式向車外傳播。
由于沃爾沃已經(jīng)對增壓器的噪聲頻率有了較好的把握，因此可以通過在進(jìn)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(shè)計可由需要抑制的目標(biāo)頻率確定。而對于進(jìn)氣管道的振動輻射聲模擬，則需要建立聲振耦合的模型。
應(yīng)用6: 排氣流致噪聲仿真 (exhaust – flow noise)
當(dāng)排氣管道流速較大時會產(chǎn)生明顯的流噪聲。
同風(fēng)噪聲仿真原理類似，沃爾沃使用CFD工具和Actran聯(lián)合仿真的方式。下圖為仿真流程。其中關(guān)鍵點是如何從CFD結(jié)果中提取聲源。
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