某型空调轴流风扇的气动噪声仿真分析

1、概述

    研究对象是带短导管轴流风扇的气动噪声分析问题。这里主要介绍使用LMS公司著名声学软件SYSNOISE的流体声学模块生成气动噪声声源，然后使用SYSNOISE强大的声学边界元（Acoustic BEM）功能进行整个声场谐波分析的过程和结果。其中带短导管轴流风扇的流场分析使用FLUENT软件，分析模型和输入数据由美的研发中心的游斌博士提供。SYSNOISE模型的网格在FLUENT模型网格的基础上快速生成得到。

    本文目的在于SYSNOISE流体声学功能演示和抛砖引玉，并未对计算结果的准确程度特别关注。实际上本题计算结果的准确性由FLUENT流场计算的精度和SYSNOISE声学计算精度共同决定，我们这里只选取了FLUENT计算初期的部分流场结果，初始条件扰动较大，导致噪声计算的结果可能偏大。共计算了6~2300Hz之间的噪声分布，这里只列出部分结果。

    根据与游斌博士的交流，做了两种不同网格密度的SYSNOISE模型进行验证。一种是严格按照CFD导出网格的密度，直接生成对应的SYSNOISE模型；另一种是按照声学分析理论进行了网格稀疏化的SYSNOISE模型。对两种模型的内声场计算结果进行了对比，结果基本完全一致。但是第二种稀疏化模型（有效频率已经达到8000Hz）的计算速度大幅度增加。实际应用中建议使用第二种模型。

2、分析流程

图1 SYSNOISE的流体声学分析流程图 

    具体的分析流程如下：

    A）在FLUENT模型网格基础上快速生成各种密度的SYSNOISE模型网格。

    B）使用FLUENT软件对带短导管轴流风扇的流场进行非稳态分析，并在时域内输出流场的分析结果。（FLUENT分析模型和输入数据由美的研发中心游斌博士提供）。

    C）使用SYSNOISE的流体声学模块直接读入FLUENT的流场分析结果，并生成相应的气动噪声声源，这里主要是壁面流体压力脉动产生的二极子声源。

    D）使用SYSNOISE强大的（耦合）声学边界元（Acoustic BEM）功能进行整个声场的谐波分析计算和结果后处理输出。本文使用内外DBEM模型在短导管的端部进行耦合来模拟开放导管情况，内模型由导管壁面与风扇之间构成的空腔组成（法线方向指向空腔内侧），外模型由导管壁面组成（法线方向指向空腔外侧）。

图2 内外声场耦合的边界元模型及不同的网格密度对比

3、结果分析

    3.1 二极子声源提取结果

    下面列出的是SYSNOISE进行二极子声源提取的结果，为了对比说明SYSNOISE的计算流程中对CFD网格进行疏化处理，然后得到适当密度的声学网格的适用性，这里包含了两种网格密度模型的对比：（左列—稀疏网格；右列—CFD网格，因为网格太密影响云图显示，所以特别将网格隐藏不显示）：