风扇气动噪音分析模拟性能开发

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案例1:新风机柜噪音仿真模拟

新风机柜是一种带有新风系统的专业机柜。它采用最高效的节能技术-新风技术,将热量搬运出机柜,具有防尘、净化、智能、免维护等优点。它可完全替代空调和热交换使用,机柜内外温差可控制在3℃以下。

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从机柜的上部可以看出由于结构的影响形成了速度梯度(速度差),从颜色来看速度梯度在4-8m/s的差别,所以在结构附近的速度差很大。此处会是产生噪音比较重要的地方。在风机附近的,除了风机直接出来,造成对旁边静止气流的牵引,还有在圆形空洞内的吸风的部分也形成速度梯度(速度差),同时垂直转向的气流也是产生噪音的一个主要原因。机柜下部的风结构,可以看到它的风速影响比较乱(包括速度的大小和角度)。有速度梯度(速度差)相对较小,粒子振动噪音会较上部要小。但是空腔的效应(鼓声)可能会比较大

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初步判断:涡量在一定程度可以反应声音的分布,红色 区域表示涡度较大的部分,蓝色 区域表示涡度较小的部分;可以很明确的看到在边界处尤其是有拐角等非曲面过度的边界附近涡度较大;在低速下,涡度不会在非边界处形成,在内部只是涡度的传播和衰减。


案例2:风扇、风机气动噪音分析

风扇气动噪音分析:

利用仿真软件对风扇/风机流动特性和噪声特性进行模拟计算。风扇可以用于发动机的冷却等很多场景,合理的风扇设计将极大地提高风扇的效率,但由于管道风扇内部流动非常复杂,通过理论计算对其流动进行定性分析十分困难,风洞试验虽然可以得到其流动参数和噪声特性,但也无法对流场内部的流动细节进行描述,因而模拟仿真计算是一种有效的设计计算方法。

气动噪音模拟仿真(图3)

风扇气动噪音分析:在 Fluent 中对于风机噪声的仿真是分为两个部分先后完成的,首先使用大涡模拟模型(LES)对风扇流场中的瞬态控制方程求解获得流场的动态稳定值,通过计算结果得到风扇的噪声源(即风扇叶片上的动态载荷);其次是通过求解 FW-H 模型的方法对风机载荷进行分析并得到噪声值。

气动噪音模拟仿真(图4)

风机气动噪音仿真分析:

由于叶片的周期性转动导致的在特定基频与倍频的噪音;-宽带噪音: 由湍流产生的宽带噪音,在整个频率区间内无非常明显的起伏;入口速度分别设置为3m/s和12m/s,风机转速为24rpm。

仿真设置时,首先选择压力基稳态求解器,湍流模型选择为SST k-w模型,入口速度确定为3m/s和12m/s,外场壁面设置为sym边界,设置迭代次数为2000开始计算,计算收敛后,转变为瞬态,sst k-w模型,时间步长0.0001s,共计算50步进行瞬态计算,直到结果收敛即可

气动噪音模拟仿真(图5)

气动噪音模拟仿真(图6)

气动噪音模拟,瞬态计算完成后激活FWH气动噪声模型,噪声源设置为风机,共设置三个接受位置,计算过程的残差图

气动噪音模拟仿真(图7)

结论:风机声压值都不大,随着来流风速的增加,监测点的声压值均大幅增加。


案例3:变流器机柜噪音计算

模型进出口均为滤网结构,其中进口为两层滤网。需要基于多孔介质模型仿真计算;左右流道内分别放置板式换热翅片以及盘片状电抗器,需要进一步简化;-壁面包含大量孔隙,内部模型流道非常复杂。基于变流柜运行过程进行简化。

气动噪音模拟仿真(图8)

近壁面时均速度分布-进口的速度在风扇进口附近速度梯度明显,速度最大值约为30m/s;-出口壁面的速度均低于20m/s,在模型的中部由于内部变频器的存在使得空气流通面积非常小,壁面的速度相对较高。-进出口壁面的低速区域同样非常小,需要合理布置壁面吸声材料。

气动噪音模拟仿真(图9)

气动噪音模拟仿真(图10)

气动噪音模拟仿真(图11)

流柜底部中心点0.4m仿真与测试数据对比柜体内吸声材料分析-加吸声材料后,主频(300Hz)处噪音峰值由82降为74.3,大约降7~8dBA;-400~1000Hz的带宽中,吸声材料大约降20dBA,如图中绿色线区域所示,这也验证了吸声材料高频吸声的作用;-不加吸声材料时,曲线在250Hz左右出现极大值,与空腔模态有关,第10、11阶空腔模态正好对应250Hz左右;可见吸声材料还可消除多余噪音峰值。


以上是气动噪音模拟计算相关案例。

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