声学仿真在离心风扇噪音预测中的应用-三星-朱霞

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
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，
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)。
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；
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
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
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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。
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
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
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；
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！
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
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
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。