聆听声音｜01 空调管气动噪声计算

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了利用Actran计算空调管路气动噪声的方法。首先，需要准备网格文件和CFD计算结果文件，其中CFD计算采用LES湍流模型，输出速度和密度信息。然后，在Actran中导入网格，创建直接频响分析，设置组件，添加流体区域、无限元区域和Lighthill体声源，创建接收器，创建output map，输出文件。最后，运行计算并进行计算后处理，得到声压级分布和声指向图。

本案例演示利用Actran计算空调管路气动噪声。

注：案例来源于Actran官方培训。

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案例的流体部分采用Star CCM 进行计算，按时间点保持ccm文件。本算例仅演示Actran部分。

1 文件准备

包含网格文件及CFD计算结果文件。

其中CFD_ccm文件夹中保存的文件如下图所示。

流体计算区域与计算结果如下图所示。

注：气动声学计算是建立在流体计算的基础之上的。一般情况下，流体计算采用LES进行湍流模型（资源不足的话至少也要使用SRS，如Fluent中可以使用SBES或DDES等）。Actran需要利用流体计算结果进行声源信息提取，如果流体进行的是可压缩流动计算，则需要输出速度和密度信息；若进行的是不可压缩流动计算，则只需要输出速度信息即可。需要输出足够细密的时间点数据，时间点过于稀疏会影响到声学频率计算。

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2 Actran直接频响设置

• 启动ActranVI[2020]
• 利用菜单File → Set Working Directory

2.1 导入网格

• 选择菜单File → Import mesh… → BDF(Bulk Data File) 读取网格文件HVAC_mesh.bdf

• 弹出选项对话框，保持默认设置即可，点击OK按钮关闭

注：网格中包括2个3D部分，1个2D部分。其中3D网格为体声源网格及声传播区网格，2D网格为无限元网格面。

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• 右键选择模型树节点TOPOLOGY_HVAC_mesh.bdf 1，选择弹出菜单项Auto create domains 创建区域

创建完毕后，可以看到Domains节点下包括四个子节点：All_1、Infinite_Elements 7（无限元面）、Propagation9（声传播区域）、Sources8（体声源区域）。

注：声学网格不同于流体计算网格，通常要在流体计算网格外部包裹一层体网格区域用于声源计算。另外如果想要考虑远场接收器（接收器位于体网格外部），通常可以使用无限元网格面进行声辐射计算（类似于Lighthill声比拟）。

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2.2 导入材料

• 右键选择模型树节点Materials ，选择弹出菜单项Import Materials… ，在打开的文件选择对话框中选择example_air.dat

2.3 创建直接频响分析

• 右键选择模型树节点Analysis ，选择弹出菜单项Add Actran Analysis → Direct Frequency Response… 添加频响分析

• 在弹出对话框中如下图所示删除Frequencies下的项目

注：不删除的话在后面会报错，这里设置频率信息由CFD计算结果中提取。

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• 点击Frequencies右侧的 号，设置Format为NFF，指定File为freq.nff

注意：这里的freq.nff文件是由icfd计算生成的，目前文件夹中并不存在此文件。

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2.4 设置组件

1、添加流体区域

• 右键选择模型树节点Components ，点击弹出菜单项Add Component… → Acoustics → Finite Fluid

• 弹出的对话框中选择Material为example_air 1，选择Domains Assignation为Propagation9及Sources8 ，如下图所示

注：本算例中，声源区与声传播区的介质均为空气。

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2、增加无限元区域

• 右键选择模型树节点Components ，点击弹出菜单项Add Component… → Acoustics → Infinite Fluid 添加无限元区域

• 弹出的对话框中，按下图所示设置

3、增加Lighthill体声源

• 右键选择模型树节点Boundary Conditions，点击弹出菜单项Add BC… → Aero-acoustics → Lighthill Volume

• 弹出对话框中选择区域为Sources8，指定BC Field 为File Field Data

• 弹出对话框中，如下图所示，指定Result file为freq.nff

注：这里的freq.nff必须与前面指定频率的地方所指定的文件freq.nff保持一致

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2.5 创建接收器

• 点击按钮Points

• 如下图所示设置点的坐标，并创建点

点创建完毕后如下图所示。

2.6 创建output map

• 右键选择模型树节点PostProcessing ，点击弹出菜单项Add Output Map

• 如下图所示设置参数

2.7 输出文件

• 右键选择模型树节点Direct Frequency Response 1，点击弹出菜单项Export an alysis(EDAT format)

• 弹出的对话框中保持默认设置，点击OK按钮保存文件duct.edat

3 ICFD设置

• 右键选择模型树节点Analysis ，选择弹出菜单项Add Utility Analysis → ICFD Analysis…

3.1 添加声源

• 右键选择模型树节点ICFD 2 ，点击弹出菜单项Add CAASOURCES component

• 如下图所示设置参数

注：这里的duct.edat文件必须与前面保存的文件名一致。time.nff为ICFD生成的文件。

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3.2 添加DFT转换

• 右键选择模型树节点ICFD 2 ，点击弹出菜单项Add DFT component

• 如下图所示设置参数

注：这里的time.nff与freq.nff文件名与前面的一致。

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3.3 输出ICFD文件

• 右键选择模型树节点ICFD 2，点击菜单项Export an alysis（EDAT format）输出文件icfd.edat

4 运行计算

• 进入右下角的Run 标签页，选择Analys为ICFD 2 ，点击按钮Run 进行计算

注：因为频响分析需要利用到ICFD的计算结果freq.nff，故先进行ICFD计算。

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ICFD计算完毕后，可以进行频响分析，如下图所示。

5 计算后处理

• 启动actranVI，通过菜单加载文件map.nff

• 导入结果数据

• 显示db

• 查看切片

• 设置切片为Y面

• 声压如下图所示

• 利用菜单Utilities → PLTViewer 打开pltViewer，利用菜单File → Open PLT File打开文件夹下唯一的plt文件

随便选择一个点，如下图所示右键选择Fluid_P ，点击弹出菜单项Plot db_pressure可以查看该点的声压级分布。

可以得到该点处的声压级随频率的变化曲线（这里只显示1000Hz以下的图形）

• 右键选择模型树根节点，选择菜单项Add reverse set ，此时数据按照频率进行排序

• 鼠标右键选择频率100Hz下的Fluid_P，点击菜单项plot db_pressure

• 相同方式选择200、300、400、500Hz的声压曲线，如下图所示

• 选择右侧面板中的选项Polar ，可以查看不同频率下的声指向图，如下图所示

• 随便选择一个点，如下图所示编号为9的点，右键选中Fluid_P，点击弹出菜单项Convert to audio

• 弹出对话框中保持默认设置，点击OK按钮输出声音文件

声音听起来有点怪。