FLUENT风扇分析

氣動噪音
• 氣動聲學：萊特希爾（Lighthill,1924）
D02 ρ ' Dτ 2
− c02
∂2ρ'
∂yi∂y j
=
∂
T2 ' ij
∂yi∂y j
非齊次項視為聲源，則為典型聲波方程式
應力張量，可由實驗或CFD求得
萊特希爾類比（Lighthill analogy）
氣動噪音
• 上式使用格林函數（Green Function）推導，可得下列積分解
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
氣動噪音
• 以聲音產生的機制分為兩類： 1. 結構產生 2. 氣流產生（氣動聲學）
• 氣動力學與聲學交叉性學科 • 氣動聲學首重研究流動及其與物體作用導致噪音的現象 • 計算流體力學（CFD）著重於穩態及暫態流體動力學分
析 • 計算氣動聲學（CAA）著重於產生噪音的暫態現象、聲
源的確定、聲與流動的相互作用
匯入CAD檔（.stp）
建立旋轉流體區
• Operation
↓
GEOMETRY COMMAND BUTTON
↓
Geometry
↓
VOLUME COMMAND BUTTON
↓
Volume ↓
Create Real Cylinder
Height ：11 Radius1：19
Axis Location：Centered Z
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
Receiver的位置：壓力變化
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
噪音（FLUENT）
Gambit -
風扇分析
Gambit 操作步驟
1. 選擇分析軟體（Solver） 2. 修改內定值(Edit-Default) 3. 建立點→線→面→體積 4. 建立網格 5. 定義邊界條件、流體或固體 6. 檢視格點 7. 存檔離開(save file and export mesh)
範例 1：AXIS 4015
Fan Noise Jet Noise Combustor Noise Compressor Noise Turbine Noise BVI - Rotor Noise Duct Acoustics BL Noise Cavity Noise Sonic Boom Architectural
HVAC Fan Noise Jet Noise Duct Acoustics Architectural
聲學
聲學: 噪音例子
•聲音 – 壓力隨時間變化，傳至人耳 •噪音 – 不想聽到的聲音
SPL (dB):0 20 30 40 50 60
p (Pa): 0.0001 0.001
0.01
70 80 0.1
90 100 110 120
1
10
氣動聲學 Aeroacoustics
• “Noise Generated Aerodynamically”
定義邊界區域
定義邊界區域
定義邊界區域
定義邊界區域
定義邊界區域
存檔
匯出.msh檔
開啟FLUENT
檢查網格
定義尺度
1 3 2
調整網格
定義單位
定義單位
紊流模組
設定邊界條件
設定邊界條件
設定邊界條件
設定邊界條件
設定邊界條件
設定數值方法及鬆弛因子
初始化流場
設定監測視窗
∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ∫ ( ) ( ) ρ' = 1 c02
T −T
ν
(τ )
∂2G ∂yi∂y
j
Tij' dydτ
+1 c02
T −T
∂G S (τ ) ∂yi fidS
y
dτ
+
1 c02
T −T
S
(τ
)
ρν
' n
D0G
Dτ
dS
y dτ
流體流動的四極子 （流體內應力）
流體流動的偶極子
固體邊界造成體積位移之單極子
建立管道部分
建立管道進口處
Axis Location：Positive Z Height ：160 Radius1： 25
建立管道進口處
向Z方向平移7.5
建立管道出口處
Axis Location：Negative Z Height ：400 Radius1： 25
建立管道出口處
向Z方向平移-7.5
Volume 1
噪音（處理風扇部分）
噪音（處理風扇部分）
噪音（FLUENT）
求解器設定：
1. 暫態（unsteady） 2. 滑動網格（Sliding mesh） 3. 紊流模組：大渦模擬（LES） 4. 先求壓力場，壓力場穩定後（動態穩定） 5. 設定噪音模組（Acoustic：FWH） 6. 傅利葉轉換（FFT）
Split Volume
Subtract Volume Volume 2 subtract 1 Volume 2 Volume 1
Subtract Volume
Volume 4 Volume 3 Volume 5 聯集
處理管道部分
Volume 4 Volume 3 Volume 5
處理管道部分
Power Turbine Noise Combustor Noise
Electronics Fan Noise Disk Drives
噪音（處理風扇部分）
Volume 3 Volume 2
步驟如下：
2 （ Retain Volume 2）
2. Volume 2 subtract Volume 1
建立旋轉流體區
建立管道部分
• Operation
↓
GEOMETRY COMMAND BUTTON
↓
Geometry
↓
VOLUME COMMAND BUTTON
↓
Volume ↓
Create Real Cylinder
Height ：17 Radius1：20
Axis Location：Centered Z
速度向量（blade + shading）
速度向量（blade + shading）
速度向量（blade + shading）
速度向量（blade + shading）
徑線（blade + shading）
徑線（blade + shading）
壓力場（blade + shading）
壓力場（blade + shading）
處理入口管道部分
建立一個面將入口管道切開（Connect）
處理入口管道部分
建立一個面將入口管道切開（Connect）
處理出口管道部分
建立一個面將出口管道切開（Connect）
處理出口管道部分
建立一個面將入口管道切開（Connect）
完成幾何
建立旋轉流體網格
建立管道網格
建立管道網格
建立管道網格
設定監測流量視窗
存檔
疊代運算
收斂曲線
擷取資料
擷取資料
擷取資料
FLUENT simulation
CFM
Inch-water
RPM
5E-4
0.0986
5639
0.5081 0.0869
5639
1.9871 0.0508
5639
4.3953 0.0353
5639
5.7674 0.00636 5639
建立管道出口處
處理風扇部分
Volume 3
步驟如下：
1. Volume 3 split with Volume 2 2. Volume 2 subtract Volume 1
Volume 2
Volume 1
Split Volume Volume 3 split with 2 Volume 3 Volume 2
• 進入Gambit 執行桌面圖示 選擇專案路徑
進入Gambit
• 進入Gambit /cd case /gambit axis4015
進入Gambit
選擇求解器（Solver）
• 於Gambit視窗 功能表中選擇 求解器
Solver→ FLUENT 5/6
匯入CAD檔（.Stp）
匯入CAD檔（.Stp）
（流體加於固體表面之變動壓力）
Ffowcs Williams-Hawkings Solution
• Integral solution based on the free space Greens function
p′(x,t) = pT′ (x,t)+ p′L (x,t)+ pQ′ (x,t)
∫ ( ) ∫ { ( )} 4πpT′ (x,t) =
f=0 is the source surface
Automotive Wind Noise Interior Noise Fan Noise
Mufflers Combustion Road Noise
Chemical Combustion Bubble Noise
工業應用
Aerospace Airframe Noise
( ) f
=0
ρ0
r
U& n + 1− M
U n&
2
r
dS +
ρ
0U
n
f =0
rM& r + a0 M r − M 2
r 2 (1− M r )3
dS
∫ ∫ 4πp′L (x,t) =
1 a0
f
=0
r
(1
L&r −M
r
)2
dS
+
f
=0
r
Lr
2 (1
− −
LM Mr
)3
dS
速度向量（X=0切平面）
速度向量（X=0切平面）
速度向量（X=0切平面）
速度向量（X=0切平面）
速度向量（X=0切平面）
速度向量（Z=7.675切平面）
速度向量（Z=0切平面）
速度向量（blade）
速度向量（blade）
速度向量（blade + shading）
速度向量（blade + shading）