请收藏ANSYS Fluent电子风扇效能及噪音仿真攻略
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作者:阿朱Simulation ,仿真秀科普作者
导读:大家好,我是阿朱Simulation,刚刚成为了一名仿真秀专栏作者,这也是我第一篇仿真科普文章。本文介绍如何利用ANSYS Fluent进行电子风扇效能及噪音的仿真,关键技术已显示在流程中,按照本案例流程,可顺利且有效进行风扇流体仿真。
与此同时,我也在仿真秀平台发布了第一套教程《ANSYS CFD入门到精通教程》(见后文)。我不仅陆续续提供CFD基础及进阶课程,同时罗列更多产品应用的案例供学习。并建立订阅用户交流群,所有付费课程附赠答疑专栏服务(可私问或公开向我问题)。
电子产品中风扇占据一个重要的散热角色,尤其电子风扇之可靠度要求倍增,消费者无法接受经常性地更换风扇,且电子风扇供货商也无法承受此成本的提升,更无法承受市场上面临淘汰的困境,所以对电子风扇的设计往往将通过仿真进行前期开发。
本案例模型藉由产品的要求及自身未来的发展,进行了仿真分析与验证。主要着重在单体风扇设计,从叶形设计到CFD的性能特征预测,及后段的噪音评估等,都是产品设计的指标。本文内容包含了风扇性能曲线及噪音的分析流程。
一、电子风扇性能曲线分析
本例模型采用如上Blower风扇。
ANSYS Fluent做噪声仿真属于瞬态仿真(Transient)流程(细节后面将描述),需注意下列工况及流程:
转速:3600 rpm
网格数:1,662,569个
第一阶段:稳态计算(Steady Flow):
k-omega SST紊流模式
计算1000 iterations
Broadband Noise Model
第二阶段瞬时计算(Transient Flow):從MRF改成Mesh Motion
LES紊流模式(Large Eddy Simulation)
计算500 time step (60 iterations/ time step )到动态稳定
第三阶段瞬时计算(Transient Flow):
LES紊流模式(Large Eddy Simulation)
计算500 time step (60 iterations/ time step )撷取声压随时间之变化数据
FW-H Noise Model
通过Fluent Mesh制作Interface
若用户想采流程化Fluent Mesh来建立网格,因New Fluent Mesh还不直接支持Interface的边界条件,因此学习者可把MRF旋转流体区及周围其它计算域分两次制作网格(耗费时间差不多),之后再于Fluent中进行Domain/Append/Append Case File(可读入*.msh)。
要建立一个可与风洞相比拟的环境,我们首先就要将模型处理成风洞的实验状态,如下。我们把风扇出口的风道管给建立出,再将周围适当的空气域包覆整个主要器件。
接着将MRF 旋转区及周围空气区做Mesh Interfaces,将共面位置给连接起。
第一阶段计算稳态:计算噪声不应直接从瞬态进行,因在瞬态抽取噪声数据前,要达稳定需要一段时间;因此我们要采先进行稳态计算,可快速先达到稳态平衡。默认动量计算采k-omega SST。
空气密度部份,若气动速度非常快,例如转速8000RPM或甚至超过上万RPM等,我们要考虑采Incompressible-idea-gas,其余工况下可采Constant。
转速及转轴设置部份,在旋转流体区勾选Frame Motion,设置Rotational Velocity=3600 rev/min(RPM);Rotation-Axis Direction设置的是风扇转动方向,采右手定则,姆指为轴心,其余四指为叶片转动方向。
边界条件设置,模型有两个主要边界,一个是风道出口,一个是周围环境。实务上,在风道出口是接入风洞腔体中,由风洞来控制出口压力;因此在Fluent软件也是类似操作,入口是自由一大气压边界,而关键是控制出口的压力变化。出口压力上升,通过风扇的流量就会降低,便可形成风扇性能区线(P-Q Curve)。
第二阶段动态稳定平衡:此阶段涉及到噪声,因此风扇必须转动,我们由此切换设置为Mesh Motion。因要计算噪声涡损,改以瞬态模型做计算,并切换为LES紊流模式(Large Eddy Simulation),当达到动态压力持续稳定后,才进入第三阶段。
二、电子风扇噪音的分析流程
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