气动声学仿真导论

听到了吗?飞机在附近上空飞行。你笔记本电脑的风扇。数英亩的旋转风力涡轮机。在我们周围，机器都在制造噪音。多少噪音才算太多?声音能传播多远?这些噪音到底是从哪里来的?

空气声学模拟研究流动流体产生的声音，是工程师和设计师如何识别噪音的来源，了解其影响范围，并制定解决方案来减少或消除噪音，以符合声音法规并改善用户体验。

在各个行业，空气声学模拟可以帮助工程师分析声音的产生，以提高舒适性和安全性。例如，在制造业中，模拟可以帮助识别由于设备靠近操作人员而造成的听力损失危害。在船用涡轮机中，它可以通过识别减少水下噪音污染的方法来帮助保护海洋生物。

在本文中，我们将特别关注汽车，其中成千上万的部件不断受到流动空气的影响。在这里，空气声学模拟可以快速识别声音的来源，并探索消音的方法。

气动声学用例:汽车NVH分析

当乘客乘坐汽车时，他们可以感知到各种各样的声音，这些声音构成了整体噪音——所有这些声音都给建模带来了挑战。

图1:阿尔法罗密欧朱利埃塔气动声学模拟中的噪声源。

• 轮胎噪声轮胎转动产生的噪音是外部流动的空气动力噪音。
  • 挑战:模拟变形轮胎和道路之间的相互作用。
• 刮水器噪声:刮水器运动产生的噪声构成外部流动气动噪声。
  • 挑战:建模气动振动声学效应，复杂的物理，和湍流模型。
• 天窗噪音当前位置当车辆开着天窗或侧窗行驶时，客舱声学和穿过天窗的脉动涡流之间会产生共振，从而产生所谓的“抖振”噪声。
  • 挑战:准确预测湍流结构流到达并穿越洞口，这有很强的依赖与速度条件和几何细节。
• 暖通空调系统噪音:汽车的供暖、通风和空调(HVAC)系统产生的噪音会影响整体感知噪音水平，并对乘客舱的舒适度产生重大影响。
  • 挑战:完成一项具有旋转组件的瞬态研究，精确的湍流流场分辨率，以及噪声传播到驾驶员耳朵的研究。
• 门缝噪音:门隙腔内由流动引起的压力波动会产生腔噪声。
  • 挑战:不同的速度条件和不同形状的门间隙。
• 侧镜及窗噪音:噪音是由汽车表面和侧后视镜设计产生的湍流冲击车窗玻璃产生的。
  • 挑战:湍流模型的准确性和汽车表面压力波动的不稳定性。

模拟如何降低汽车噪音?

空气声学模拟有助于预测噪声源对特定位置(例如驾驶员座位)整体声级的综合影响。能够预测噪音使设计师能够对汽车细节(例如，侧镜形状，一些门间隙，通风口等)和材料进行修改，以符合规定并提高乘客的舒适度。

Ansys流利可以解决复杂的空气声学问题，并提供广泛的建模选项和后处理能力，以改善声学设计使用各种方法:

• 宽带噪声方法，其中稳态解作为噪声源估计的基础。
• 声学类比法，其中计算流体动力学(CFD)解通过波动方程解与声音传播解耦。
• 直接的方法(即直接计算气动声学)，充分耦合了非定常流场和声场的计算。

在最新Ansys软件发布，2022 R1，我们引入了一种新的声学工作流程，将Ansys Fluent CFD模拟与Ansys的声音。这使得工程师能够使用先进的声学分析技术来分析CFD计算的声压信号，包括:

• 声音文件，让你听模拟的声音。
• 报告的数量，音调锐利和清晰。
• 翻译压力信号，按位置查看声学指标。
• 多种频率功能的声音组成。

如何在Ansys Fluent中进行声学仿真

在Ansys Fluent解决方案设置期间，可以定义一组接收器并将噪声源传播给它们。新的声音分析模块扩展了Ansys Fluent声学功能，使工程师能够听到您在CFD模拟中计算的内容。

图2:Ansys Fluent中的声音分析。

即使是CFD模拟过程中在接收器位置产生的短声学特征也可以转化为高质量的可听长文件。此外，心理声学分析工具可以提供洞察的影响预测声音对人耳的感知。Ansys Fluent中的声学分析还支持频率响应功能，允许用户:

• 从计算出的隔离分量噪声(例如，暖通空调)切换到机舱内噪声的预测(一旦给出/评估了时频表示(TFR)，无需模拟机舱本身)
• 合成来自不同来源的总声音(例如，轮胎，雨刷，暖通空调等)。

只需点击一下，就可以在Ansys Sound中传输声学信号并启动更复杂的声学分析。

图3:Ansys Sound中的声音分析。

要听到阿尔法罗密欧朱利埃塔上不同噪音的组成(由FCA意大利提供)，请查看下面的Fluent声学交互式3D模型。

要了解更多信息，请收听空气声学模拟网络研讨会或浏览CFD仿真产品页面看看最新的声学增强如何用于您的模拟。