家电仿真软件：CFX二次开发_（8）.家电噪声仿真分析.docx

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家电噪声仿真分析

引言

在家电设计和开发过程中，噪声仿真分析是一项重要的技术手段。噪声不仅影响用户的使用体验，还可能对产品质量和市场竞争力产生负面影响。通过噪声仿真分析，设计人员可以在产品开发的早期阶段识别和优化噪声问题，从而提高产品的性能和用户的满意度。本节将详细介绍如何在CFX软件中进行家电噪声的仿真分析，包括噪声的基本原理、仿真流程、关键参数设置以及实际操作示例。

噪声基本原理

噪声是指不需要的、干扰性的声音，可以来源于机械振动、气流扰动、电磁干扰等多种因素。在家电产品中，常见的噪声源包括风扇、压缩机、泵、电机等。噪声的物理特性通常用声压级（SoundPressureLevel,SPL）和声功率级（SoundPowerLevel,SWL）来描述。声压级反映了声音在传播过程中对人耳的影响，而声功率级则反映了噪声源的总辐射噪声能量。

声压级和声功率级

声压级（SPL）：声压级是描述声压大小的对数值，单位为分贝（dB）。计算公式如下：

$$

L_p=20_{10}()

$$

其中，p是测得的声压，p0是参考声压，通常取20

声功率级（SWL）：声功率级是描述声源辐射声功率大小的对数值，单位也为分贝（dB）。计算公式如下：

$$

L_W=10_{10}()

$$

其中，W是声源的声功率，W0是参考声功率，通常取10

噪声仿真方法

在CFX软件中，噪声仿真主要通过两种方法进行：直接仿真和间接仿真。

直接仿真：直接仿真方法通过求解声学方程来预测声压场和声功率。这种方法适用于低马赫数流场，可以提供准确的噪声预测结果，但计算成本较高。

间接仿真：间接仿真方法通过分析流场数据来预测噪声。这种方法适用于高速流场，计算成本较低，但可能需要额外的后处理步骤来提取噪声信息。

噪声仿真流程

前处理

几何建模：使用CAD软件创建家电产品的几何模型，确保模型的准确性和完整性。

网格划分：在CFX中对几何模型进行网格划分，选择合适的网格类型和网格密度，以确保计算结果的精度。

边界条件设置：定义入口、出口、壁面等边界条件，确保仿真环境的合理性和准确性。

求解设置

物理模型选择：根据噪声源的类型选择合适的物理模型。例如，对于气动噪声可以选择Aeroacoustics模型。

求解器参数设置：设置求解器的参数，如时间步长、收敛准则等，以确保求解的稳定性和效率。

初始条件设置：定义流场的初始条件，如温度、压力等，以确保仿真从一个合理的状态开始。

后处理

结果可视化：使用CFXPost或第三方后处理软件（如Tecplot）对仿真结果进行可视化，分析声压场的分布。

结果分析：提取关键位置的声压级和声功率级数据，分析噪声的主要来源和传播路径。

优化建议：根据分析结果提出设计优化建议，如改进风扇叶片设计、增加隔音材料等。

实际操作示例

示例1：空调室内机噪声仿真

假设我们有一台空调室内机，需要分析其在运行时的噪声问题。我们将使用CFX软件进行气动噪声的仿真分析。

几何建模

使用CAD软件创建空调室内机的几何模型，包括风扇、电机、外壳等部件。确保模型的精细度，特别是风扇叶片和电机部分。

###CAD模型示例

-风扇：直径300mm，叶片数5，叶片厚度3mm

-电机：直径100mm，长度150mm

-外壳：长500mm，宽300mm，高200mm

网格划分

在CFX中对几何模型进行网格划分。选择Hexa网格类型，确保风扇叶片和电机部分的网格密度较高。

###网格划分设置

-网格类型：Hexa

-网格密度：

-风扇叶片：10000个单元

-电机：5000个单元

-外壳：2000个单元

边界条件设置

定义入口、出口和壁面的边界条件。假设入口为恒定速度流，出口为压力边界条件，壁面为无滑移边界条件。

###边界条件设置

-入口：

-类型：速度入口

-速度：10m/s

-出口：

-类型：压力出口

-压力：101325Pa

-壁面：

-类型：无滑移壁面

物理模型选择

选择Aeroacoustics模型进行气动噪声仿真。

###物理模型选择

-模型：Aeroacoustics

-模型参数：

-频率范围：20Hz-20000Hz

-声学方程：Lighthill方程

求解器参数设置

设置求解器的参数，确保求解的稳定性和效率。

###求解器参数设置

-时间步长：0.001s

-收敛准则：

-残差：1e-6

-迭代次数：500

初始条件设置

定义流场的初始条件，如温度、压力等。

###初始条件设置

-温度：300