actran在空调行业的应用

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FFT–ACTRANACTRAN在空调行业的应用李奇博士CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRAN在空调行业的应用ACTRAN软件简介ACTRAN在空调行业的应用2CopyrightFreeFieldTechnologies FreeFieldTechnologies1998，由Jean-PierreCoyette、Jean-LouisMigeot教授创立总部在比利时布鲁塞尔，法国图卢兹、日本东京、美国底特律设有分部1999-2001，雷诺,标志,菲亚特,通用汽车,空中客车,壳牌石油,德国Lloyd船级社等十一家大型企业，共同资助FFT开发ACTRAN软件专业的声学仿真工具（Actran/Acoustics）:振动声学(Actran/VibroAcoustics,ActranforNastran)流动声学(Actran/TM,Actran/DGM,Actran/AeroAcoustics)前后处理器(Actran/VI)服务:培训,技术交流,工程咨询,特别开发科研:FFT参加众多科研项目，从风机噪声、螺旋桨噪声、轮胎噪声、航空发动机噪声到高性能计算以及产品的声学设计等。3CopyrightFreeFieldTechnologies Locations4CopyrightFreeFieldTechnologies SomeAerospaceCustomers5CopyrightFreeFieldTechnologies SomeAutomotiveCustomers6CopyrightFreeFieldTechnologies SomeOtherReferences7CopyrightFreeFieldTechnologies TheACTRANsoftwaresuiteACTRANforNASTRANACTRANDGMACTRANVibro-AcousticsACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANVI8CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRANAcoustics声学仿真工具典型应用管道中声传播声波遇到障碍物的衍射振动结构的声辐射作为其他ACTRAN高级模块的基础ACTRANVibroAcousticsACTRANAeroAcousticsACTRANTM消声器环控系统齿轮箱声辐射9CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRANVibroAcoustics振动声学仿真工具丰富的有限单元与材料库:声学有限元与无限元粘弹性梁单元、壳单元与实体单元复合材料单元，允许考虑预应力作用(新)多孔与多孔弹性单元压电材料单元，支持换能器、声纳与主动控制模拟(新)真实的激励方式:声学，运动学与动态激励湍流边界层扩散声场高性能求解器与并行处理扬声器侧窗声传递壳体辐射噪声10CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRANAeroAcoustics流致噪声仿真工具特性支持大多数的CFD软件通过大量的实验验证：风扇噪声、侧窗噪声、空调系统噪声等客户:Electrolux，Daimler,BMW,VW,Delphi,Visteon,JohnDeere,Brothers,PSA...风扇噪声空调管道与实验结果比较11CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRANVIACTRAN各模块的前后处理器提供默认的材料库，并且可以扩充支持脚本化语言，自动进行前后处理工作Plt2audio：将频谱曲线转换成声音文件线性单元与二阶单元的转换ModelcreationandvalidationAdvancedpost-processingFRFDisplayTool12CopyrightFreeFieldTechnologies 空调噪声源构成空调所产生的噪声包括机械噪声和气动噪声。空调器室内机运转时所发出的噪声主要成分是贯流风机风道系统运行时产生的气动噪声，包括气流的旋转和涡流噪声。空调室外机激励来自压缩机和风扇电机，它们在运行时会对结构产生强度、振动和噪声等问题。分析空调室外机噪声源，涉及到的问题相当复杂。固体之间的振动传递；流体之间的噪声传播；每个零部件既可单独发出噪声，又可因为共振叠加的作用而发出噪声。前面板、左侧板和顶盖等箱体部件，由于面积较大，在噪声的辐射下，从而被噪声源激发共振，产生噪声。13CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRAN在空调行业的应用ACTRAN软件简介ACTRAN在空调行业的应用消声器排气管设计压缩机结构声学优化风扇噪声管道噪声14CopyrightFreeFieldTechnologies FFT–ACTRAN空调压缩机消声器声学分析CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRANModulesACTRANforNASTRANACTRANDGMACTRANVibro-AcousticsACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANVI16CopyrightFreeFieldTechnologies 空调压缩机消声器OUTLET•声速172.3m/s•媒质密度77.35kg/m3•出口端无反射INLET•入口段声压0.2N/m²,i.e.80dB•出口端流速平均值16.92m/sFlowdistribution17CopyrightFreeFieldTechnologies Case1–无流条件–传递损失传递损失632145CPUtimeisequaltofewminutes,withafrequencystepequalto5Hz18CopyrightFreeFieldTechnologies Case2–媒质流动的影响–传递损失19CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRAN在空调行业的应用ACTRAN软件简介ACTRAN在空调行业的应用消声器排气管设计压缩机内部结构优化风扇噪声管道噪声20CopyrightFreeFieldTechnologies FFT–ACTRANReductionofDischargeGasPulsationofHVACCompressorCopyrightFreeFieldTechnologies 双涡圈涡旋压缩机22CopyrightFreeFieldTechnologies 如何控制排气噪声?强制性干预方法当压缩机100%功率运行时，控制排气管路的脉动压力止回阀仍然有较高的脉动压力影响产品的可靠性可选择的解决方案增加排气管区域容积原始容积:0.4L改型1：增加容积到4.4L目标降低改型1使用的4.4L容积限制尺寸(花费，制造工艺)重量脉动压力的衰减内部压力23CopyrightFreeFieldTechnologies 几何形状模拟6种设计结构与实验结果比较24CopyrightFreeFieldTechnologies 脉动响应:腔体容积大小影响分析25CopyrightFreeFieldTechnologies 计算结果声压云图26CopyrightFreeFieldTechnologies 总结空腔容积可以降低到1.4L考虑到排气冲击的频率成分主要是100Hz，因此形状的影响很小可以自由的设计空间可以满足重量控制、形状、工程造价等其他方面的诉求止回阀产生非线性>150Hz27CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRAN在空调行业的应用ACTRAN软件简介ACTRAN在空调行业的应用消声器排气管设计压缩机结构声学优化风扇噪声管道噪声28CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRANModulesACTRANforNASTRANACTRANDGMACTRANVibro-AcousticsACTRANAero-AcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANVI29CopyrightFreeFieldTechnologies 压缩机结构声学优化“GlobalAcousticalFinite-elementsimulationofscrollcompressornoisefrominternalsources”，PhilippeDugast,InternationalCompressorEngineeringConference，2008.研究目标：改善结构特性，降低噪声几何、部件、部件之间的连接不预测压缩机内部噪声源的产生机理以及传播利用有限元方法模拟声音传播，可以考虑结构部件的振动效应结构：结构方程流体：声学波动方程建立压缩机完整模型，进行声学分析。30CopyrightFreeFieldTechnologies 仿真模型简化说明研究对象：涡旋式压缩机外耦合所有内部结构，考虑以下问题：部壳钢板之间的焊接、螺栓的连接体油、制冷剂固、液、气体区域完全耦合橡胶底座，模拟压缩机放置在地面压缩机外使用半椭球体，模拟外部空气域内部结结构部件占整个模型的50%，共26841节点，101123网格构31CopyrightFreeFieldTechnologies 输入与输出设置输入输出压缩过程中的压强载荷流体中的声场云图主轴轴承上的力载荷辐射声功率32CopyrightFreeFieldTechnologies 辐射声功率级比较33CopyrightFreeFieldTechnologies 声贡献量研究研究压缩机的主要声源34CopyrightFreeFieldTechnologies 样机模型研究1/3倍频程声功率级35CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRAN在空调行业的应用ACTRAN软件简介ACTRAN在空调行业的应用消声器排气管设计压缩机结构声学优化风扇噪声管道噪声36CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRANModulesACTRANforNASTRANACTRANDGMACTRANVibroAcousticsACTRANAeroAcousticsACTRANTMACTRANAcousticsACTRANVI37CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRANAeroAcousticsaero-acoustics特性应用:与CFD软件的接口风扇噪声Lightill声源项环控系统管道噪声Möhring声源项需要ACTRANAcoustics作为基础38CopyrightFreeFieldTechnologies IntroductionActran/Aeroacoustic能够预测湍流噪声从非稳态CFD计算结果使用诸如Lighthill’s声类比或Möhring’s声类比方法，Actran计算气动噪声源以及声音的传播研究对象包括:环控系统管道噪声风扇噪声湍流所产生的噪声可以与vibro-acoustic模块结合，研究流动-振动声学问题39CopyrightFreeFieldTechnologies Lighthill’s声类比CFD计算(URANS,LES,DNS,…)计算流场计算气动声源使用Lighthill’s声类比使用Möhring’s声类比SourcedomainWsSolidboundaryatGs(quadrupoles/dipoles)GeGsNRBCWaCAAdomainWatGe(ACTRAN,FEM)40CopyrightFreeFieldTechnologies Lighthill’s声类比:基本思想从流体动力学方程推导使用尽可能少的假设将方程转化为声学波动方程形式，声源归整到方程右手项声学变量，声源与r,u,v,w,p相关a在有限元网格内定义各种边界条件支持任何边界条件!!!这是与其他方法最大的区别(Curle,FWHorBEM)41CopyrightFreeFieldTechnologies 分析步骤CFD与声学计算是解耦的基于Lighthill或Möhring声类比插值技术(积分插值法).声学网格只需要遵循声学计算标准:无需优化声源区网格ACTRAN可以直接读取CFD文件42CopyrightFreeFieldTechnologies 风机噪声将“Porous”Ffowcs-Williams&Hawkings思想应用于有限元方法旋转机械外部区域使用ACTRANAero-acoustics旋转部件内部区域将使用专用的边界条件来考虑基于Lighthill‘s方程，增加Kirchhoff理论与之类似:蓝色旋转叶片区域利用橙色边界求解与电磁学(高斯理论),光学...Rotorblades:notinthecomputationaldomainComputationaldomainLighthillsurface43CopyrightFreeFieldTechnologies HVAC离心风机FanNoise2007:PresentationofaCAAformulationbasedonLighthill'sanalogyforfannoise-S.Caro,Y.Nishio,R.Sandboge,J.Iyer44CopyrightFreeFieldTechnologies 环控轴流风扇不同的热交换机不同的传声器;标准测试=测试结果取平均值AIAA2006-2692:ValidationofaCAAformulationbasedonLighthill’sAnalogyusingAcuSolveandActran/LAonanIdealizedAutomotiveHVACBlowerandonanaxialfan-S.Caro,R.Sandboge,R.Ambs,K.Washburn45CopyrightFreeFieldTechnologies 旋转机械噪声-割草机Lighthill声源和声场46CopyrightFreeFieldTechnologies ACTRAN在空调行业的应用ACTRAN软件简介ACTRAN在空调行业的应用消声器排气管设计压缩机结构声学优化风扇噪声管道噪声47CopyrightFreeFieldTechnologies Applications:GeneralflowCopyrightFreeFieldTechnologies 亥姆霍兹共振器ResultsAIAA05-3067:AeroacousticSimulationoftheNoiseradiatedbyanHelmholtzResonatorplacedinaDuct-S.Caro,P.Ploumhans,X.Gallez,F.Brotz,M.Schrumpf,A.Read,F.MendoncaCFDResults49CopyrightFreeFieldTechnologies 限流阀AIAA05-2976:AeroacousticSimulationofResultsDoubleDiaphragmOrificesinanAircraftClimateControlSystem-F.Mendonça,A.Read,S.Caro,K.Debatin,B.CaruelleCFDResultsActranModel“Free”modalbasis-NRBC50CopyrightFreeFieldTechnologies 应用:仪表板管道噪声CaseStudyDescriptionCopyrightFreeFieldTechnologies 项目背景FFT与VISTEONInteriorSystemsFrance合作使用ACTRAN软件预测仪表板通风管道产生的湍流噪声CFD计算使用ANSYSFLUENT，VISTEON公司相应进行声学实验研究成果发表于2009NVHSAEConference(Aero-Acousticpredictionsofautomotiveinstrumentpanelducts;Detry,Manera,Detandt,d’Udekem;SAENVH2009)52CopyrightFreeFieldTechnologies 研究对象CentralDuct53CopyrightFreeFieldTechnologies 实验与仿真结果比较实验装置ACTRAN结果CFD结果-Fluent54CopyrightFreeFieldTechnologies FFT与海基科技提供的服务Actran软件市场上众多的客户的选择软件适用于绝大多数的应用经过大量试验与解析程序的验证提供标准的CAE接口振动-流动噪声解决方案更多管道噪声传播案例请参考：Actran在管道噪声领域的应用.pptFFT与海基专家工程咨询服务帮助客户使用ACTRAN软件解决工程问题帮助客户学习并掌握ACTRAN软件二次开发55CopyrightFreeFieldTechnologies 谢谢！56CopyrightFreeFieldTechnologies