引言

混合方法是一種常用的計(jì)算氣動聲學(xué)方法攘霞。該方法認(rèn)為氣動聲源與流動的湍流相關(guān)滋样，但聲場對流場沒有反作用迁搜。該方法本質(zhì)上是一個兩步求解方案。第一步慎间，使用URANS烤恃、LES或DES求解非定常流場揽邀。第二步粗啼，從CFD結(jié)果中提取聲源并求解聲音傳播。

軸流風(fēng)扇產(chǎn)生的聲音具有兩個獨(dú)立且獨(dú)特的特征：線譜音調(diào)和寬頻帶辙势≌焊牛混合方法（使用Lighthill類比和對整個信號進(jìn)行一次離散傅里葉變換）可以預(yù)測寬頻帶信號乡优，但通常會得到不切實(shí)際的高波動噪聲結(jié)果。論文中提出了一種針對風(fēng)扇噪聲問題的一種新的組合方法悄济。與傳統(tǒng)的混合方法不同秫辨，該方法具有準(zhǔn)確捕獲線譜音調(diào)噪聲并可獲得平滑的寬頻帶噪聲曲線的優(yōu)點(diǎn)。

數(shù)值計(jì)算

首先進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)CFD仿真進(jìn)行摄杂。計(jì)算域由靜止場和包圍風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)域組成坝咐，如下圖1所示。該模型捕捉了所有細(xì)節(jié)析恢，例如風(fēng)扇孔口墨坚、風(fēng)扇護(hù)罩、線圈和百葉窗映挂。在本研究中泽篮，線圈被建模為多孔區(qū)域，并應(yīng)用滑動網(wǎng)格方法來計(jì)算Actran氣動聲學(xué)模擬所需的非定常CFD結(jié)果柑船。旋轉(zhuǎn)域（風(fēng)扇）的旋轉(zhuǎn)頻率為1118RPM帽撑。例子中的時間步長為0.0005s。此次模擬鞍时，0.8秒的總時間確保所求最小頻率遠(yuǎn)小于37.2Hz（葉片通過頻率）亏拉。

圖1：旋轉(zhuǎn)域包圍風(fēng)扇葉片，靜止域包含流動障礙物和多孔線圈

Lighthill聲類比有兩種源的計(jì)算方式逆巍，分別是在域的整個體積上和在源的表面上執(zhí)行源的計(jì)算专筷。如果采用前一種方法，源計(jì)算需要整個域上的CFD信息兰捣，但在后一種方法中槐骂，我們只需要在單個表面而不是體積上讀取速度信息（以及不可壓縮模擬情況下的密度），從文件管理的角度來看赞亡，這是一個很大的優(yōu)勢肪躯。本研究中風(fēng)扇作為唯一的主要聲源，為了加速CFD模擬僅導(dǎo)出包圍風(fēng)扇的表面生纫，即轉(zhuǎn)子-定子界面靜態(tài)側(cè)的CFD數(shù)據(jù)掀舷。CFD求解器采用480個核心的仿真時間接近40小時。最耗時的部分是在每個時間步下寫入數(shù)據(jù)這個步驟都陵，這會減慢求解速度幅猖。

本例基于Actran2021.1，采用Lighthill面源方法造轴，將聲源映射到聲學(xué)網(wǎng)格上梢翼，并完成時域氣動聲源轉(zhuǎn)成頻域的計(jì)算。這項(xiàng)研究的新穎之處在于這一步胀邀，其中采用兩個互補(bǔ)的離散傅里葉變換（DFT）設(shè)置來精確計(jì)算線譜音調(diào)和寬頻噪聲雪怠，同時避免了由于采樣時間有限而在高頻下出現(xiàn)不切實(shí)際的聲壓級波動：

① 對于葉片通過頻率(BPF)及其諧波引起的線譜音調(diào)噪聲柿菩，使用最小二乘法在整個采樣時間內(nèi)定義并完成第一個DFT。該方法強(qiáng)制提取用戶設(shè)置的頻率雨涛。在本研究中枢舶，設(shè)置為從BPF開始并提取BPF高達(dá)1000Hz的每個諧波；

② 對于寬頻帶噪聲替久，時域數(shù)據(jù)樣本分解為多個較小的樣本（多重離散傅里葉變換）凉泄，這些樣本彼此重疊50%，并對每個樣本應(yīng)用Hanning窗以平滑每個子樣本之間的過渡蚯根。在本研究中旧困，原始時域數(shù)據(jù)被分為78個重疊樣本，每個樣本的持續(xù)時間為0.02秒稼锅，正好對應(yīng)50個CFD時間步長吼具。子采樣持續(xù)時間為0.02s，最小頻率和頻率步長固定為50Hz矩距。選擇這些參數(shù)是為了獲得不包含BPF或其諧波的頻率列表拗盒，因此僅提取寬頻帶噪聲的結(jié)果。此方法的缺點(diǎn)是沒有對CFD的全部結(jié)果進(jìn)行利用锥债。

通過上面的兩個步驟陡蝇，便獲得了兩組氣動噪聲：

①一個DFT得到BPF及其諧波的噪聲。

②多重DFT方法得到的寬頻帶噪聲钧鸥。使用兩組互補(bǔ)的結(jié)果面塌，并使用腳本進(jìn)行合并，就可以獲得組合氣動聲學(xué)仿真的總體頻率響應(yīng)膏莽，如圖2所示嘱疑。

圖2：音調(diào)和寬頻帶結(jié)果相結(jié)合以獲得模擬的頻率響應(yīng)

結(jié)果分析

使用A計(jì)權(quán)法和Hanning窗，以25600[Hz]的采樣率和1[Hz]的頻率分辨率在多個位置記錄持續(xù)一分鐘的聲壓級体六。使用快速傅里葉變換來獲得頻域數(shù)據(jù)仁灶。本研究中的接收器距離設(shè)備56英寸，距離地面68英寸挥桑，如圖3豪杉。

圖3：接收器相對于裝置的放置示意圖

下圖給出了本研究的新的方法（New Method）、實(shí)驗(yàn)測試和使用Lighthill類比的傳統(tǒng)混合方法（Hybrid Method）計(jì)算結(jié)果之間的對比达玉。如下所示豆玖，新方法在解決寬頻帶噪聲方面更加成功，但它高估了較高頻率下線譜音調(diào)噪聲的貢獻(xiàn)量蹲居。

圖4：使用Lighthill類比的傳統(tǒng)混合方法（藍(lán)色）沙峻、新組合方法（紅色）與測試方法（綠色）的SPL比較圖

下表總結(jié)了三個數(shù)據(jù)集的聲壓級。混合方法低估了實(shí)際SPL測量值专酗。混合方法頻譜中SPL值普遍較低盗扇。而新方法預(yù)測的寬頻帶信息與測試數(shù)據(jù)更為接近祷肯，較傳統(tǒng)混合方法有顯著改善。但在高于五次諧波的頻率后疗隶，該方法高估了BPF下的噪聲值(188[Hz])佑笋，這導(dǎo)致上表中報(bào)告的OASPL值更高。

查看完整原文請搜索：Ali Nikparto, Alexis Talbot, Asad Sardar, Clement Roy. Outdoor unit split fan noise prediction using a hybrid lighthill analogy method. NOISE-CON. 2022: 727-736.

（喊弑牵克斯康工業(yè)軟件）

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