声学仿真在离心风扇噪音预测中的应用-三星-朱霞
风电机组噪声预测
ｐ ｅ ｉｔ ｎｍｏ ｅ ｏ ｎ ｒ ｉ ｅ ｔ ｌｎ ａｌ ｇ ｅ ｇ ｓ Ｓ ｒｄｃｉ ｄ ｌ ｒ ｏ ｆ ｗｉ ｄ ｔ ｂｎ ｓｗｉ ｂ ｕ ｔ ｒ ｉ ｎ ｄ ｅ ｄ ｆ ｄ Ｎｏ ｓ ｆ ｎ ｒ ｉ ｅ ｆ ｈ ｅ ｉ ｄ ａ ｕ ｅ ｕ ｈ ｔ ｉ ｉ ｍｏ ｉ ｅ ． ｉｅｏ ｗｉ ｄｔ ｂ ｎ ｓ ｔ ｒ ｅｋ ｎ ｓｉ ｍｅ ｓ ｒ ｄ ｉ ｕ ｏ Ｓ
中 国环 境 科 学
２ １， （） ９７ ９２ ０ ２３ ５： ２－ ３ ２
Ｃ ｉａ Ｅ ｖｒｎ ｎａ Ｓ ｉ ｃ ｈｎ ｎ ｉ ｍｅｔｌ ｃｅ ｅ ｏ ｎ
风 电机 组 噪声 预 测
翟 国庆 ， 婧 ， 碉 ， 争光 （ 徐 郑 李 浙江大学环境与资源学院环境科学系， 浙江 杭卅 ３０５） Ｉ １０８
（ ２
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（ ２ ）
ａ Ｓ ｏ （一 ． ） ｋ Ｕ， ｈ ０ 尺 ＝ ／ ７
组噪声 预测 ． 文对 ＮＡ Ａ 模 型进 一 步作 了研 究 式 中 ： Ｌ －３ 本 Ｓ Ｓ ／表示 吸入 湍流 噪声 １３倍频 程频 带 Ｐ １ ／ 修正， 并采用 不 同型号风 电机组 实测 数据 对 模 型 收 稿 日期：２ １— ９ １ ０ １０— ４
Ｓｉ ｃ， ｈｊ ｎ ｎｖｒｉ， ｎｚ ｏ １０８ Ｃ ｉａ． ｈ ａ ｎｉ ｎ ｅｔｌ ｃ ｎ ｅ２ １，２５：９ ７ ９２ ｃ ｎ ｅＺ ｅ ａｇ ｉ ｓｙＨａｇｈ ｕ３０ ５ ， ｈ ）Ｃ ｉ ｖ ｏ ｍ ｎａ ｉ ｃ，０ ２ （） ２ ～ ３ ｅ ｉ Ｕ ｅ ｔ ｎ ｎＥ ｒ Ｓｅ ３
离心风机噪声模拟ppt课件
弹簧近似 光滑模型
动态分层 模型
局部网格 重划模型
离心风机内部流场的噪声模拟及结果的对比分析
一、模型的建立过程
模型尺寸的建 立
考虑一个多叶片前向式的离心式风 机。该风机包含32个叶片，每一个 叶片的弦长为13.5mm，叶片前缘距 离中心位置大约为57mm，外部壁面 的半径以指数形式从86mm增长到 116mm。进口处的总压设置为300Pa， 然后从出口流入环境（环境静压为 0Pa）。所有的叶片都以261rad/s 角 速度旋转。流动假设为湍流。
。
动网格里面有三种网格的自 我更新和修复模式
多参考系模型和动 网格模型的区别？
（1）多参考系模型需要建 立多个域，实际上还是计 算区域运动，是一个独立 区域内所有网格一起运动， 而动网格则是真正意义上 的网格运动。 （2）多参考系模型不会涉 及到网格的变形与重生， 但是要设计到交界面设置。 （3）多参考系模型不会造 成网格负体积，而动网格 极易形成负网格。 （4）风机叶轮转动时极易 造成负网格的产生。因此 本次模拟采用的是更为准 确的多参考系模型。
涡流噪声
绪论
增强叶栅的气动力栽荷，降低圆周速度
降
低
合理的蜗舌间隙和蜗舌半径
离
心
风
蜗舌倾斜或者做成阶梯型蜗舌
机
涡
流 噪
叶轮入(出)口处加紊流化装置
音
的
方
在动叶进出气边上设锯齿形结构
法
在蜗舌处设置声学共振器
绪论
三、FLUENT处理旋转机械内部流动问题的模型
旋转坐标系模型 (Rotating Reference Frame)
产生涡旋， 造成涡流 噪音
离心风机内部流场的噪声模拟及结果的对比分析
风扇激波相关噪声预测方法及试验验证
0 引言
随着民用航空发动机涵道比的不断增大，喷流噪 声大幅降低，而风扇噪声所占比重却随之增加，因此， 风扇噪声的产生机理和传播特性及其控制仍然是民 用 航 空 重 要 的 研 究 内 容 。 [1-3] 针 对 风 扇 噪 声 源 的 控 制，最常用的方法是根据“Cut-off”准则[4]选取转子和 静子叶片数，减少可传播的声模态。另外降低风扇速 度也可有效降低噪声，然而为了减轻风扇设计的难度， 风扇速度不可能取得很低，设计时不可避免地会使风
扇转子部分叶高处于超声速工况，此时会在叶片前缘 或通道内形成激波，并随之产生与激波相关的噪声。
为了研究激波噪声的传播规律，Morfey 和 Fish⁃ er[5] 根据弱激波理论，提出了可以预测理想叶栅的 1 维传播模型，该模型存在大量的简化和假设，并且需 要 给 定 激 波 初 始 强 度 ；Fisher[6] 从 弱 激 波 的 黎 曼 方 程 出发，提出了激波在硬壁管道中传播的时域计算方法 （Time Domain Numerical Solution，TDNS）；随后 McAl⁃ pine 和 Fisher[7-8]又提出了可以考虑声衬等软壁面影
坐标系下静压的周向分布与绝对坐标系下固定观测点感受到的静压脉动的等价关系，以 3 维黏性流体力学定常仿真为基础，在保
证足够网格分辨率的条件下得到详细流场信息，采用波分解方法将压力脉动分解为向上游和下游传播的 2 部分，从而避免数值边
界反射的影响，进而完成对风扇激波相关噪声的评估。采用该方法研究了不同转速、不同负荷状态下风扇噪声的演化特点和传播
第 47 卷 第 4 期 2021 年 8 月
航空发动机
Aeroengine
Vol. 47 No. 4 Aug. 2021
基于声学处理的风扇噪声预测模型改进
试验结果。为了提高预测结果精度，利用风扇噪声抑制模型分别求出风扇进口衰减系数和出口衰减系数，然后将其应用于 Heid⁃
mann 模型中，计算修正后的风扇进口噪声和出口噪声的均方声压。将 MATLAB 软件作为风扇噪声预测模型的开发平台，以某型
涡扇发动机为例进行预测。结果表明：相较于原模型的预测结果，改进模型的风扇噪声明显降低，最大降幅达到 7 dB；通过对比风
扇噪声在各工况下的预测结果和试验结果发现，改进模型预测值与实测值的平均误差从原模型的 5 dB 降低到 3 dB 以下。该改进
方法有效改善了 Heidmann 模型预测结果偏大的情况，使风扇噪声的预测结果更加准确。
关键词：Heidmann 模型；声学处理；风扇噪声；衰减系数；均方声压；涡扇发动机
中图分类号：V235.13
第 47 卷 增刊 1 2021 年 7 月
航空发动机
Aeroengine
Vol. 47 No. S1 Jul. 2021
基于声学处理的风扇噪声预测模型改进
闫国华 1，2，李成晨 1，王玺臻 1，刘 勇 1
（中国民航大学 航空工程学院 1，基础实验中心 2：天津 300300）
摘要：Heidmann 风扇噪声模型没有考虑风扇外涵道中的声学处理对于噪声抑制的影响，导致风扇噪声的预测结果普遍大于
0 引言
在飞机早期设计阶段，为了对各设计方案的噪声 水平进行有效评估，需要通过更为便捷的方式来快速 地获得噪声数据，而预测方法以其独有的先进性成为
是最具代表性的风扇噪声预测模型[5]，该模型经过了 多次更新和修正。在国外，美国联信（Allied Signal） 公司修正了 Heidmann 模型对进口和出口单音噪声水 平、进口组合单音噪声水平和频谱形状的过度预测，
离心风机噪声预测方法的进展与分析
定
。然 而 ， 年 来 风 机 噪声 扰 民 的报 道 愈 来 近
愈多 ， 如工 业 生 产 中 大 型 除 尘 设 备 ｊ居 民生 活 ， 中空 调和 供 暖锅炉 等 场合应 用 的离 心风 机 噪声 问 题 尤其 突 出 ＿ ７， 重 影 响 了人 们 正 常 的生 产 和 ５ ］严 － 生 活 。据 《 中国风机 行 业 发展 分 析 报 告 》 议 ， 建 我 国今后 开 展 风 机 研 究 的 主 要 课 题 第 一 条 是 “ 高
要 ： 分别对离心风 机气 动噪声和振动噪声预测方法 的研究 现状进行 了总结分析 ， 指出 了需要进一步开展 的相关研
究工作 。
关键词 ： 离心风机 ； 噪声 ； 数值 预测 中图分类号 ： Ｔ ４ ２ Ｈ ３ 文献标识码 ： Ａ ｄｉ１ ．９ ９ｊｉ ｎ １０ ｏ ： ３ ６ ／．ｓ ．０ ５—０２ ．０ １０ ．０ ０ ｓ ３９ ２ １ ．７ ０ ８
述¨ 。本 文 主要 从 风 机 的气 动 噪 声 和 振 动 噪声
的预测 方法 两个 方面 概括 近年来 的部分 工作 和进 展 。需要 说 明 的是 ， 动 声 学 的研 究 方 法 主要 分 气
为直 接模 拟方 法 和混 合计 算方 法两 种 。本文 主要 对 Ｌｇｔｉ 声 比拟理 论 的计算 方法 进行 概述 。 ｉ ｈｌ ｈ ｌ
Ｎ ｖｅ — ｔ ｅ 方程 和 Ｃ ｒ 方 程预测 了贯流 风机 ａｉ Ｓｏ ｓ ｒ ｋ ｕｌ ｅ
程中求解风机辐射的噪声 ， 必须假设风机 的几何 尺 寸满足 声学 紧 凑 结构 特 征 的要 求 ， 即必 须 忽 略 蜗壳反射 、 散射和衍射对高频段声波传播的影响。
离心泵隔舌及其邻近域动静干涉作用下流动诱导噪声研究
离心泵隔舌及其邻近域动静干涉作用下流动诱导噪声研究离心泵隔舌及其邻近域动静干涉作用下流动诱导噪声研究引言：随着现代工业的快速发展，离心泵在各种场合中被广泛应用，其作用是将液体搬运并提供所需压力。
然而，离心泵在运行过程中会产生噪声，给周围环境和人类健康带来不利影响。
因此，研究离心泵中产生的流动诱导噪声以及如何减少噪声成为一个重要的课题。
一、离心泵隔舌的功能和原理1.1 隔舌设计的目的离心泵隔舌是用来限制液体回流的装置。
其功能是防止液体在泵停止转动后由于重力等原因流向工作区域，并降低回流液体对转子的冲击。
1.2 隔舌的构造和工作原理离心泵隔舌通常由一个导叶和一个密封圈组成。
当离心泵停止工作时，密封圈可以与导叶紧密接触，在液体回流的情况下有效防止泄漏。
二、动静干涉对流动诱导噪声的影响2.1 动静干涉的定义离心泵在运行中产生的振动和噪声源于转子和静叶片之间的相互作用。
动静干涉是指高速旋转的叶轮和固定的导叶之间的相互作用。
2.2 动静干涉的机理动静干涉通过泵的内部流体动力学效应引起，主要包括静叶片和叶轮的扰动效应、涡的发展和剥离等。
这些效应使得压力和速度在转子和静叶片附近产生不稳定，从而导致噪声产生。
三、流动诱导噪声的研究方法3.1 实验方法通过在实际离心泵上进行实验，利用噪声测量仪器和振动传感器采集噪声和振动信号，分析不同工况下流动诱导噪声的特点和影响因素。
3.2 数值模拟方法通过数值模拟软件对离心泵内部的流动场进行模拟，计算压力、速度和噪声等参数。
利用模拟结果可以分析流动诱导噪声的分布规律和产生机制。
四、减少流动诱导噪声的措施4.1 改进泵的设计通过对泵的叶轮和导叶进行优化设计，减轻动静干涉，降低噪声的产生。
4.2 使用减噪材料和隔音隔震措施在泵的周围环境中使用减噪材料，如吸音板、隔音罩等，减少噪声传播到周围环境中。
4.3 定期维护和保养定期对离心泵进行维护和保养，修复和更换老化和损坏的部件，确保泵的稳定运行，减少噪声的产生。
冰箱离心风机气动噪声仿真与实验研究
119２０１９年０４月／ Ａｐｒｉｌ ２０１９Ａｂｓｔｒａｃｔ：With the popularity of air-cooled refrigerators, fan noise has become one of the main noise sources of refrigerators. The noise source of the fan is very complicated. It should include motor noise, structural vibration noise and fan aerodynamic noise. The aerodynamic noise is related not only to the characteristics of the fan, but also to the design of the air duct of the refrigerator,it is an urgent problem for refrigerator factory to solve. In this paper, based on the practical problems, the simulation analysis of the air duct assembly with centrifugal fan is carried out by means of CFD and CAA co-simulation method.By this way,the mechanism of aerodynamic noise generation and the distribution of sound field are clarified.The experimental measurement of aerodynamic noise is designed to verify the rationality and accuracy of the simulation results. The simulation and experimental results show that it is of great significance to predict the aerodynamic noise of refrigerator fan by numerical simulation and to guide the direction of noise optimization.Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：refrigerator; aerodynamic noise; CAA;CFD摘要：随着风冷冰箱的普及，风机噪声已成为冰箱的主要噪声源之一。
基于SYSNOISE软件的飞行器气动噪声数值计算
基于SYSNOISE软件的飞行器气动噪声数值计算作者：LMS 沈飞翔解妙霞1 引言飞行器高速飞行中会与流体相互作用，在其表面附近会形成湍流边界层，从而在飞行器外表层产生强大的空气脉动压力场，所诱发的气动噪声场是一种在空间上非均匀分布的、在时间上随机分布的、具有宽带频率分量的高声强声场。
该声场一方面向周围介质辐射噪声，另一方面作为随机激励源激发飞行器的壁面，对于具有高结构系数（面积与质量之比）的结构会产生高达50g的均方响应加速度，从而在飞行器的外部与内部会产生结构噪声，该噪声声场又反作用于飞行器结构，结构和声场相互耦合，使舱内外产生高声压级的恶劣动力学环境。
对于这种由气动噪声而引起的振动，称其为“声振耦合作用”。
声振耦合作用的存在会大大降低系统的可靠性，因此在进行飞行器可靠性设计时，必须对声振耦合现象投入足够的重视。
研究声振耦合作用首先要研究飞行器周围声场的分布情况。
随着气动噪声理论的发展，为声振环境的预示提供了坚实的理论依据。
但是气动噪声方程式求解相当复杂，很难得到解析解。
因此借鉴计算流体力学的方法，利用边界元和有限元作为工具，对气动噪声进行仿真分析有着重要的意义。
2 气动噪声发展简介1952年，莱特希尔（Lighthill）在英国皇家学会会刊上发表了一篇研究流体发声机理的论文，在这篇论文中，他推导了后来以他名字所命名的方程，人们普遍把这项工作当作气动声学诞生的标志。
从此以后，作为一门独立的学科分支，气动声学在理论和实践上都有了进一步的发展和应用。
由于最初莱特希尔方程的求解是在自由空间假设下得到的，对于固体边界不起主要作用的情况下，如喷气噪声问题，其理论是基本适用的。
然而，实验表明在很多情况下，固体边界的影响具有决定性的意义。
1955年，柯尔（Curle）用基尔霍夫方法将莱特希尔理论考虑到静止固体边界的影响。
结果表明，固体边界的影响相当于在整个固体边界上分布偶极子源。
柯尔理论成功解决了诸如湍流中静止小物体的风鸣声、圆柱漩涡脱落诱发的噪声等问题。
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示。
4 求解蜗壳偶极子响应 建立蜗壳网格、数据导入 5 噪音叠加
Ⅱ CFD仿真及流场信息获取
CFD计算模型及设置
固壁表面压力变化是噪音的来源。通过流场计算，获取风扇蜗壳表面压力脉动作为声源 建模：建立风扇蜗壳CFD模型，将风扇蜗壳置于大空间 网格：为了准确捕捉风扇表面的压力脉动，叶片四周进行加密，整体网格数量1900万
利用联合仿真的方式预测风机噪音的技术，可为实际中风机叶片的优化改型及性能 改善提供指导。
Ⅴ 结束语
THANKS！
CFD计算模型
计算网格
Ⅱ CFD仿真及流场信息获取
风扇蜗壳表面压力脉动模拟
实时保存风扇及蜗壳表面的压力脉动，输出数据文件，将其作为LMS中计算声源。
风扇表面压力分布
蜗壳表面压力分布
Ⅲ 噪音耦合仿真与测试验证
噪音仿真-扇声源响应
噪音是由风扇及蜗壳共同作用引起的，分别对扇声源噪音及蜗壳固壁引起的偶极子噪音进行研讨 扇声源的计算将风扇网格、蜗壳网格设置为声学网格，外部建立场点相应面网格。风扇表面压力脉动 进行傅里叶转换，采用LMS中扇声源模型，计算其经过蜗壳腔向外的声传播。 计算得到监控点BPF频率下的声压值，频率为820Hz及其倍频，声压值较大，约为25-50dB；
Ⅴ 结束语
本文的离心风机声学计算采用声学仿真及流体分析进行联合仿真，首先利用流体仿
1 2 3
真方法获得风扇、蜗壳表面的压力脉动；再通过声学仿真软件分别模拟扇声源及蜗 壳偶极子声源引起的噪音传播过程，最终将两部分响应叠加，得到外场的辐射声压 值。通过对比监控点的仿真值与测试值，误差约2.4dB。
风扇叶型的优化减小气流对蜗壳的冲击，仿真预测噪音下降2.9dB，噪音测试下降 2.5dB，测试结果与模拟预测趋势一致。
风扇BPF音
60 40 20 0 820 1640 2460 3280 频率 Hz 4100 4920
噪音 dB
噪音监控点
监控面上噪音值
监控点BPF基频及倍频点噪音值
Ⅲ 噪音耦合仿真与测试验证
噪音仿真-蜗壳声源的偶极子响应
将蜗壳网格设置为声学网格，外部建立场点相应面网格。蜗壳表面压力脉动进行傅里叶转换，采用L MS中偶极子噪音模型，计算表面压力脉动引起噪音的声学传播。 计算得到各监控点不同频率下的声压值，结果如图所示；
在BPF音频率下，由于BPF的声压较蜗壳偶极子声源引起的声压较大 ，叠加后整体表现为BPF音的声 压。根据计算得到,监控点的噪音值为64.2dB 噪音实测为66.6dB，与模拟差异2.4dB。误差的原因可能在于仿真模型中未包含电机，计算未包括电 机噪音。
60 50 40
噪音 dB
30 20 10 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
背景
前向多翼离心风机具有流量大，压力系数高、噪音低、尺寸小等特点，被广泛应用于家电产品中，为 了提高产品竞争力，家电企业越来越重视自身产品的噪音水准，声学仿真也逐步走进家电行业，为产 品的噪音设计提供指导。
离心风机 研究对象
离心风机被广泛应用于家电产品中，针对其结构的优化是一
个重要的研究方向
噪音仿真为产品设计提供指导，提高产品竞争力
噪音仿真 研究内容
联合仿真 研究手段
采用声学仿真软件LMS及流体分析软件STAR CCM+进行
联合仿真
Ⅰ前言
研讨方法
以某风管机使用的双吸离心风扇为例，采用CFD与LMS联合仿真研讨气动噪音，具体流程如下所
1 Star 计算瞬时表面压力转换为.CGNS格式 Star 瞬态计算，导出.ccm文件 2 求解风扇表面载荷 建立风扇网格、数据导入 3 求解扇声源响应 建立风扇、蜗壳网格导入 网格前处理 定义扇声源 定义场点网格 网格前处理 定义偶极子声源 定义场点网格 声学响应计算 计算得到场点响应 声学响应计算 计算得到场点响应 噪音叠加 网格前处理 映射到声学网格表面做 声学边界条件 计算叶片上的载荷 数据转换 .ccm.cgns
频率 Hz
Ⅳ 风扇叶型优化噪音预测
叶型优化
为了改善风扇噪音，改变叶片出口角及叶片内径，优化风扇叶型
风扇模型
风扇叶型优化示意图
由CFD模拟结果得到，优化风扇的出口气流方向改变，减弱其对蜗壳的冲击
优化前流场对比
优化后流场对比
Ⅳ 叶型变更影响分析
噪音仿真对比
由于优化风扇的气流冲击蜗壳的强度减弱，蜗壳的偶极子噪音显著减小，频谱对比如下图。耦合仿真 结果得到，优化风机较原始风机噪音下降2.9dB(A)。
蜗壳边界元网格
50 40 噪音 dB 30 20 10 0 0 500 1000 1500 2000 2500 频率 Hz 3000
监控面上噪音值
3500
4000
4500
5000
监控点频谱-仿真
Ⅲ 噪音耦合仿真与测试验证
风扇引起噪音与蜗壳引起噪音耦合
利用声级的叠加公式，将两部分声源的响应叠加，
50 45 40 35 噪音 dB 30 25 原始风扇对应蜗壳 改善风扇对应蜗壳
20
15 10 5 0
0
ห้องสมุดไป่ตู้
500
1000
1500
2000
2500 频率 Hz
3000
3500
4000
4500
5000
噪音实验验证：利用全消噪音实验室进行噪音测试，对比模拟与测试的差异，变更叶型后，噪音测试 值为64.1dB，较原始风扇下降2.5dB，模拟与测试趋势相同。
CONFIDENTIAL
声学仿真在离心风扇噪音 技术论文 声学仿真在离心风扇噪音预测中的应用 预测中的应用
苏州三星电子有限公司
朱霞 CFD工程师
CONFIDENTIAL
Ⅰ、引言 Ⅱ、CFD仿真及流场信息获取 Ⅲ、噪音耦合仿真与测试验证 Ⅳ、风扇叶型优化噪音预测 Ⅴ、结论
CONTENTS
目录
Ⅰ前言