ANSA结合Fluent和Actran做气动噪声分析，这个联合仿真的流程怎么走

【背景知识】

气动噪声是指由气流直接产生的振幅和频率杂乱、统计上无规则的声音，有别于经典声学。二战前后，关于流动脉动对机翼影响、起降噪音、德国U型潜艇螺旋桨噪声工作，是气动声学和流动噪音研究的开端，同时人们也已认识到背景介质流动对声传播的影响。二战结束后Lilley在南安普敦大学开始研究射流噪声。但一般来说，学界普遍以Lighthill在1952年发表声比拟论文作为该学科起源的标志。

本文通过ANSA快速创建初始的网格模型，再结合Fluent和Actran进行气动噪声的计算。

如图1所示为结合Actran进行气动噪声仿真的流程：

基本流程

1、在ANSA中完成几何处理之后进行流场的CFD网格划分。导入Fluent后完成边界条件的参数设置，并开始计算，在计算时同步输出EnSight Case gold非定常解文件格式，后续会给到Actran进行声源的转化。

2、完成声学网格的创建和边界条件的设置。

3、通过Actran的ICFD analysis进行声源的提取，完成声源的时频转换。

4、在Actran中进行声学求解，并得出最终结果。

模型案例

本案例使用的是一个风扇模型，该模型来源于edpsciences.org网站。在风扇的左右两侧创建两个空气域，尺寸如下图2。

这里对模型进行一定简化，简化后的模型如图3所示：

一、网格划分

在本节中，将应用默认的Fluent CFD质量标准来检查网格质量。整个网格生成过程是在Batch Mesh中构建的。整个网格划分过程分为三个阶段，分别是面网格划分、边界层网格划分以及体网格划分，可通过Batch Mesh工具自动完成整个划分过程。对于该模型，可以通过Feature Manager快速定义和识别一些特征区域并应用在Batch Mesh工具中，例如倒角、圆角、锐边和前缘，并定义不同尺寸参数的网格处理方式。

在面网格划分中，首先通过新建一个Meshing Scenario来快速实现风扇区域的面网格划分。最小单元长度为1mm，最大单元长度为10mm。之后，再生成其他剩余部件的面网格并修复网格质量。

完成面网格划分之后，就可以创建边界层网格。在整个风扇区域生成边界层网格。设置第一高度为0.2mm，1.2的增长率，层数为5层。

体网格划分时，使用HexaInterior算法生成，其中最大增长率设置为1.15。如下表1所示为面网格、边界层网格和体网格的单元数量统计。

以上是构建网格的整个流程，网格生成之后，便可以进行边界条件设置，如分配pressure-outlet, velocity-inlet, interface等, 并导入Fluent进行计算。

图4显示了风扇壳单元网格以及一些边界特征的网格处理方式，可以看到圆角处网格采用了加密处理，锐边处也采用了多层单元来实现更好的效果。

图5展示了全模型的体网格结果。

二、CFD仿真

在气动噪声仿真中，将Fluent计算的速度场结果输出作为Actran下一步仿真的输入条件。因此需要在计算过程中输出EnSight Case Gold文件类型。切换到瞬态分析，缩放单位切换到毫米，也可以根据需要将转速单位从rad/s更改为rev/min。对于该模型，选择LES模型。通过滑移网格来快速定义旋转区域、旋转轴和速度。表2展示了在Fluent中的关键值设置。

计算完成之后，流场速度结果云图如下图6。

三、气动噪声仿真

首先需要创建声学网格，因为实际声学网格没有特别严格的要求，且无需像CFD网格一样生成边界层，网格类型对声学分析的精度影响较小。本案例为简化起见，直接使用CFD网格。

1）添加直接频响分析项：直接频响分析用于计算已知边界条件或声源激励作用下的声辐射场。关键设置如图7。

包含了有限元区域、无限源区域、lighthill体声源、后处理输出设置和分析频段等等。这里设置的分析频段为0-200Hz,10Hz为间隔。

2）添加ICFD分析项：添加声源计算文件，主要用于从流场解提取声源信息并插值到声学声源区网格上。步骤是先生成时域下的声源文件，通过时频转换生成频域声源文件。在Actran中添加Add ICFD Analysis分析项，然后添加声源计算组件Add CAASOURCES Component。详细设置如图8。

图中设置从上到下依次是指定输入的流场结果格式，指定流场结果文件路径（Fluent导出的结果），生成的声源文件类型，设置时域声源文件名称，指定直接频响分析和计算Lighthill体声源。

设置完成之后，还需添加一个DFT Component, 将时域声源经过傅里叶变换转化成频域声源。设置完成之后便完成了气动噪声分析所需的全部设置（需保存声源计算文件（ICFD.edat）和直接频响分析文件（DFR.edat））。开始计算，先提交ICFD.edat文件进行求解，求解完成之后再提交直接频响分析。计算完成之后，声压云图如图9所示。

综上所述即为ANSA前处理＋Fluent&Actran进行声学噪声分析的全过程。

END

作者 | 赵周桥

BETA CAE 工程师

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