Giới thiệu về mô phỏng âm học khí động

Nghe thấy không? Một chiếc máy bay bay qua một khu phố. Quạt trên máy tính xách tay của bạn. Cánh đồng tuabin gió đang quay. Xung quanh chúng ta, máy móc đang phát ra tiếng ồn. Bao nhiêu tiếng ồn là quá nhiều? Âm thanh truyền đi bao xa? Chính xác thì tất cả tiếng ồn này đến từ đâu?

Mô phỏng âm học khí động, nghiên cứu âm thanh được tạo ra từ chất lưu đang chảy, là cách các kỹ sư và nhà thiết kế xác định nguồn gốc của tiếng ồn, hiểu phạm vi tác động của nó và mô hình hóa các giải pháp để giảm hoặc loại bỏ tiếng ồn để tuân thủ các quy định về âm thanh và cải thiện trải nghiệm người dùng.

Trong các ngành công nghiệp, mô phỏng âm học khí động giúp các kỹ sư phân tích việc tạo ra âm thanh để cải thiện sự thoải mái và an toàn.

Ví dụ, trong sản xuất, mô phỏng có thể giúp xác định các nguy cơ mất thính giác do thiết bị ở gần người vận hành. Trong các tuabin ngoài khơi, nó có thể giúp bảo vệ sinh vật biển bằng cách xác định các cách giảm ô nhiễm tiếng ồn dưới nước.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét cụ thể về ô tô, nơi có hàng nghìn bộ phận liên tục bị tác động bởi dòng chảy không khí. Tại đây, các mô phỏng âm học khí động có thể nhanh chóng xác định nguồn phát ra âm thanh và khám phá các cách làm im lặng âm thanh đó.

Trường hợp sử dụng âm học khí động: Phân tích NVH

Noise, Vibration, and Harshness (NVH) - còn được gọi là tiếng ồn và độ rung, là nghiên cứu và sửa đổi các đặc điểm tiếng ồn và độ rung của các phương tiện, đặc biệt là ô tô và xe tải. Viết tắt là NVH hay N&V.

Noise là tiếng ồn hay âm thanh không mong muốn. Tiếng ồn âm thanh là năng lượng truyền vào không khí gây ra nhiễu âm thanh. Có thể sử dụng các công cụ như lập bản đồ cường độ âm thanh và tách tiếng ồn đốt cháy/ cơ học để xác định phương pháp giảm tiếng ồn tốt nhất.

Vibration là rung động gây ra tiếng ồn và sự xáo trộn. Rung động thường được quan tâm do các tác động vật lý có thể gây ra xáo trộn cho con người, gián đoạn hệ thống điện và sự cố hoặc sự cố trong hệ thống cơ khí. Máy lắc và bộ điều khiển là các kỹ thuật được sử dụng để kiểm tra các vấn đề rung động.

Harshness thường được sử dụng để mô tả mức độ nghiêm trọng và khó chịu liên quan đến cả rung động và tiếng ồn. Nó là một hệ thống định tính dựa trên các đặc tính mong muốn hơn là dựa trên các phép đo có thể định lượng được, là sự đánh giá chủ quan.

 

Khi hành khách ngồi trên ô tô, họ có thể cảm nhận được nhiều loại âm thanh góp phần tạo nên tiếng ồn tổng thể - tất cả đều mang đến những thách thức riêng cho việc mô hình hóa.

Nguồn tiếng ồn trong mô phỏng âm học khí động Alfa Romeo Giulietta.

• Tiếng ồn của lốp: Tiếng ồn từ chuyển động quay của lốp góp phần tạo ra tiếng ồn khí động học của dòng chảy bên ngoài.
  • Thách thức: Mô hình hóa sự tương tác giữa một chiếc lốp bị biến dạng và mặt đường.

• Tiếng ồn của gạt nước: Tiếng ồn từ chuyển động của gạt nước góp phần tạo ra tiếng ồn khí động học của dòng chảy bên ngoài.
  • Thách thức: Mô hình hóa hiệu ứng âm thanh khí động-rung động (aero-vibro), các vật lý phức tạp và mô hình rối.

• Tiếng ồn của cửa sổ trời: Khi một chiếc xe đang di chuyển với cửa sổ trời hoặc cửa sổ bên đang mở, có thể xảy ra sự cộng hưởng giữa âm thanh trong cabin và các xoáy xung động qua khe hở, tạo ra cái gọi là tiếng ồn “dồn dập” (buffeting noise).
  • Thách thức: Dự đoán chính xác kết cấu rối của dòng chảy tới và đi qua lỗ mở, có sự phụ thuộc mạnh mẽ vào điều kiện tốc độ và chi tiết hình học.

• Tiếng ồn của hệ thống HVAC: Tiếng ồn từ hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) của ô tô góp phần vào mức độ tiếng ồn cảm nhận được tổng thể và có tác động lớn đến sự thoải mái của khoang hành khách.
  • Thách thức: Hoàn thành một nghiên cứu tức thời với các thành phần xoay, độ phân giải trường dòng chảy rối chính xác và truyền tiếng ồn đến tai người lái xe.

• Tiếng ồn khe cửa: Sự dao động áp suất do dòng chảy gây ra trong hốc khe cửa tạo ra tiếng ồn trong hốc.
  • Thách thức: Các điều kiện tốc độ khác nhau và các hình dạng khác nhau của khe cửa.

• Tiếng ồn của gương bên và cửa sổ: Tiếng ồn được tạo ra từ dòng chảy hỗn loạn tác động vào kính cửa sổ do bề mặt của ô tô và thiết kế gương bên tạo ra.
  • Thách thức: Độ chính xác của các mô hình rối và sự không ổn định của dao động áp suất trên bề mặt ô tô.

Làm thế nào để mô phỏng có thể giảm tiếng ồn ô tô?

Mô phỏng âm học khí động giúp dự đoán tác động tổng hợp của các nguồn tiếng ồn lên mức âm thanh tổng thể ở các vị trí cụ thể - ví dụ: ghế của người lái xe.

Khả năng dự đoán tiếng ồn cho phép các nhà thiết kế sửa đổi các chi tiết trên xe (ví dụ: hình dạng gương bên, một số khe cửa, lỗ thông hơi, v.v.) và vật liệu để tuân thủ các quy định và cải thiện sự thoải mái của hành khách.

Ansys Fluent có thể giải quyết các vấn đề phức tạp về âm học khí động và cung cấp một loạt các tùy chọn mô hình hóa và khả năng hậu xử lý để cải thiện thiết kế âm học bằng nhiều phương pháp:

• Các phương pháp Broadband noise, trong đó giải pháp ổn định được sử dụng làm cơ sở để ước tính nguồn tiếng ồn.

• Các phương pháp Acoustic analogy, trong đó giải pháp tính toán động lực học chất lưu ( CFD

  Computational Fluid Dynamics (CFD) - Tính toán động lực học chất lưu (chất lỏng, chất khí), là một nhánh của cơ học chất lưu sử dụng phân tích số và cấu trúc dữ liệu để phân tích và giải quyết các vấn đề liên quan đến dòng chất lưu.

  Ansys Fluent và Ansys CFX là hai trong số các phần mềm mô phỏng CFD hàng đầu thế giới của hãng Ansys.

  ) được tách khỏi sự truyền âm qua các nghiệm phương trình sóng.

• Các phương pháp Direct (tức là tính toán âm học khí động trực tiếp), kết hợp đầy đủ việc tính toán dòng chảy không ổn định và trường âm thanh.

Làm thế nào để thực hiện mô phỏng âm thanh trong Ansys Fluent

Trong quá trình thiết lập chạy giải trong Ansys Fluent, có thể xác định một loạt các máy thu và truyền các nguồn tiếng ồn tới chúng. Mô-đun phân tích âm thanh (Ansys Sound) mới mở rộng khả năng âm học của Ansys Fluent, cho phép các kỹ sư nghe thấy những gì bạn tính toán trong mô phỏng CFD

Computational Fluid Dynamics (CFD) - Tính toán động lực học chất lưu (chất lỏng, chất khí), là một nhánh của cơ học chất lưu sử dụng phân tích số và cấu trúc dữ liệu để phân tích và giải quyết các vấn đề liên quan đến dòng chất lưu.

Ansys Fluent và Ansys CFX là hai trong số các phần mềm mô phỏng CFD hàng đầu thế giới của hãng Ansys.

của mình.

Phân tích âm thanh trong Ansys Fluent

Ngay cả các tín hiệu âm học ngắn được tạo ra tại các vị trí máy thu trong quá trình mô phỏng CFD

Computational Fluid Dynamics (CFD) - Tính toán động lực học chất lưu (chất lỏng, chất khí), là một nhánh của cơ học chất lưu sử dụng phân tích số và cấu trúc dữ liệu để phân tích và giải quyết các vấn đề liên quan đến dòng chất lưu.

Ansys Fluent và Ansys CFX là hai trong số các phần mềm mô phỏng CFD hàng đầu thế giới của hãng Ansys.

cũng có thể được chuyển thành các tệp tin dài chất lượng cao có thể nghe được.

Ngoài ra, các công cụ phân tích âm học tâm lý có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về tác động của âm thanh dự đoán đối với nhận thức của tai người.

Phân tích âm học trong Ansys Fluent cũng hỗ trợ Hàm đáp ứng tần số, cho phép người dùng:

• Chuyển đổi từ tiếng ồn thành phần cô lập được tính toán (ví dụ: HVAC) sang dự đoán tiếng ồn đó trong cabin (mà không cần phải mô phỏng cabin ngay sau khi đã đưa ra / đánh giá đại diện tần số thời gian (TFR))

• Tổng hợp thành âm thanh tổng thể từ các nguồn khác nhau (ví dụ: lốp xe, cần gạt nước, HVAC, v.v.).

Chỉ với một cú nhấp chuột, bạn có thể truyền tín hiệu âm thanh và khởi chạy các phân tích âm học phức tạp hơn trong Ansys Sound.

Phân tích âm thanh trong Ansys Sound

Để nghe thành phần của các tiếng ồn khác nhau trên Alfa Romeo Giulietta, hãy xem mô hình 3D tương tác âm học Fluent bên dưới.

Để tìm hiểu thêm, hãy nghe Hội thảo trên web về Mô phỏng Âm học khí động hoặc truy cập trang sản phẩm mô phỏng CFD để xem các cải tiến âm học mới nhất có thể được sử dụng như thế nào cho mô phỏng của bạn.

Bài viết liên quan

• Ba cách để âm thanh kỹ thuật trở nên tốt hơn
• Giảm tiếng ồn cho máy bay không người lái với mô phỏng âm học