ACTRAN空调研讨会-管道声学分析

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优化设计
单元贡献量分析
能够计算出管道每个单元对噪声辐射的贡献量
进气歧管不仅更加轻量化而且降低了4dB的噪声
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管道声学分析
管道声传播 管道振动辐射噪声 管道气流再生噪声
提供气动-振动噪声一体化解决方案！ FFT与海基公司提供优秀的咨询服务，帮助客户使用ACTRAN软件解决工程 问题。
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谢
谢!
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车体、地面对排气尾管辐射噪声的反射效应！
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空气滤清器模型与计算工况
• 空气滤清器模型
• 材料工况
模型
1 2 3 4 5 6
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厚度 （mm） 50 50 50 50 50 50
容重 （kg/m3） 32.3 50.4 54.2 55.1 63 72.5
Flow distribution
OUTLET INLET
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Case 1 – 无流条件– 传递损失
传递损失
6
3 1 2 4
5
CPU time is equal to few minutes, with a frequency step equal to 5Hz 8
FFT– ACTRAN
管道声传播
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ACTRAN Modules
ACTRAN for NASTRAN
ACTRAN DGM
ACTRAN Vibro-Acoustics
ACTRAN Aero-Acoustics
ACTRAN TM
ACTRAN Acoustics ACTRAN VI 5
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Exterior sound field
Interior cavity SPL
Structure deformation
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FFT-ACTRAN
发动机进气歧管噪声优化分析
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ACTRANAero-Acoustics
ACTRANTM
ACTRANAcoustics ACTRANVI 23
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模型描述
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计算结果-频谱曲线
辐射声压级：实验值与ACTRAN计算结果对比
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应用: 仪表板管道噪声
Case Study Description
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项目背景
FFT与VISTEON Interior Systems France合作
使用ACTRAN软件预测仪表板通风管道产生的湍流噪声
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阻性消声器
穿孔板+吸声材料
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TMM计算管道系统传递损失
独立分析得到各子部件声学性能后，ACTRAN TMM功能可以直接得到整体传递损失矩阵！
Task 1: Geometry – Division into subsystems
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消声器传递损失
如何评价管道部件的声学性能 (例如: 消声器)
Incident power from the engine
Not reflective BC
Transmitted power (pipe noise)
计算传递损失 (TL)
技术路线
为了分析和降低噪声，马自达选用了Nastran与ACTRAN联合仿真，预测与
优化进气歧管的噪声水平。
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进气歧管噪声优化分析需要的模块配置
ACTRANforNASTRAN
ACTRANDGM
ACTRANVibro-Acoustics
摩托车排气系统噪声分析需要的模块配置
ACTRAN for NASTRAN
ACTRAN DGM
ACTRAN Vibro-Acoustics
ACTRAN Aero-Acoustics
ACTRAN TM
ACTRAN Acoustics
ACTRAN VI 35
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气管道较短，排气系统噪声控制难度较大，必须借助数值分析技术预测 消声器性能并进行优化设计。
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技术路线
为了分析和降低摩托车排气噪声，铃木使用ACTRAN与其它CFD软件进行联
合仿真，实现快速分析排气噪声问题。
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1 0 I 2 0 0 1 R 0 2 * 1 0 0 I1 0 0 0 1 R R1 P0
管道声学分析
管道声传播 管道振动辐射噪声 管道气流再生噪声
研究背景
节能减排和轻量化是汽车发展的重要方向。为了降低油耗和发动机重量
，马自达设计了一款新型发动机，减少了进气歧管自身重量。
进气歧管采用轻质塑胶材料制造，与发动机相连。发动机内部的强烈的 脉动压力，会导致进气歧管振动并辐射出噪声。在这个问题中，包含了 流体、结构、声学等多种物理现象。
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流阻率 （pa.s/m3） 5980 11100 12900 13200 16800 20700
孔隙率
0.987 0.980 0.978 0.977 0.975 0.971
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计算结果分析
当多孔材料的容重增加时，材料内部的孔隙率会相应降低； 峰值频率向低频转移，可改善其低频吸声效果； 如果容重超过一定程度，高频吸声效果反而会降低。
流体 1 (ρ1,c1,T1)
声学网格，内部流体域
壳单元，管道壁面
Actran 支持不匹配网格
声学网格，外部流体域
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整体声学模型计算结果
ACTRAN自动统计入射声能、反射声能、透射声能、辐射声功率、材料耗散的声能量等！ Energies spectra 一 步 计 算 得 到 内 外 声 场 与 结 构 振 动 结 果
FFT-ACTRAN
发动机排气系统气流再生噪声分析
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研究背景
排气噪声是车辆的主要噪声源，随着内燃机转速和强化程度的提高，排
气系统内气流速度加大，排气噪声也日益增大，从而造成整车噪声有增
大的趋势，必须给予足够的重视。
控制内燃机排气噪声的相对最有效途径是使用排气消声器。摩托车的排
模型描述
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计算结果分析
发动机4000转、8500转工况时排气管出口的声压级
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计算结果分析
气动声源
管道声压级
从复杂流场中提取声源，计算
流致噪声； 采用Möhring声类比，考虑复杂
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Case 2 – 媒质流动的影响– 传递损失
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温度效应
传递损失
温度效应
600K
300K
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排气尾管噪声分析
FFT-ACTRAN
管道声学分析
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管道声学分析
利用ACTRAN可以方便地模拟管道声学问题
排气管噪声 • 管道内声音传播、反射 • 评估出口的辐射阻抗 壳体辐射噪声 采用传递矩阵法模拟管道系统声学特性
计算模型可以考虑的因素：
T = T1*T2*T3
Task 2a: ACTRAN Model creation Task 2b: ACTRAN computations
To be performed for each component
Task 3: Results recombination using TMM 15
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FFT– ACTRAN
管道振动辐射噪声
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整体声学模型
一个模型可以计算排气噪声与壳体辐射噪声 Acoustic FEM/IEM interface
流体 2 (ρ2,c2,T2)
TL =10*log10(Wincident/Wtransmitted) ACTRAN可以直接提取管道进出口声功率 结合传递矩阵法，计算排气系统整体的降噪效果
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空调压缩机消声器
• • • • • 声速172.3m/s 媒质密度77.35kg/m3 出口端无反射 入口段声压0.2N/m², i.e.80dB 出口端流速平均值 16.92m/s
CFD 计算使用 ANSYS FLUENT，VISTEON公司相应进行声学实验 研究成果发表于 2009 NVH SAE Conference
2009) (Aero-Acoustic predictions of automotive instrument panel ducts; Detry, Manera, Detandt, d’Udekem; SAE NVH
流场对声传播的影响
管道外声场
ACTRAN可计算辐射噪声
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总结
ACTRAN 包含所有解决管道声学问题的属性:
声传播计算：流体的属性，可以是非均质的，例如模拟流速、密度与温度的 梯度分布；可以自动提取进出口端的声功率； 辐射噪声计算：可以模拟管壁、吸声材料，结构振动辐射噪声，… 气流再生噪声：唯一一款软件，提供Morhing声类比方法，准确模拟非均质气 流再生噪声。
声固耦合 开放的出口端 消声器 绝热层 吸声材料 穿孔板 流动效应 温度效应
Out (shell) In
Out (pipe)
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管道声学分析
管道声传播 管道振动辐射噪声 管道气流再生噪声
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研究对象
Central Duct
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实验与仿真结果比较
实验装置 ACTRAN 结果
CFD 结果 - Fluent
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