一种基于RNG k-ε模型的车载空调风机噪声数值模拟方法技术

本发明专利技术涉及汽车风机领域，具体涉及一种基于RNG k‑ε模型的车载空调风机噪声数值模拟方法。其包括如下步骤：步骤S1，建立风机的三维几何模型,并导出标准格式文件；步骤S2，将标准格式文件导入SC‑Tetra中进行模型处理；步骤S3，进行非结构化四面体网格的划分；步骤S4，设置材料参数，工况及边界条件；步骤S5，使用不连续网格及声音类比功能进行分析；步骤S6，对模型进行观测；步骤S7，对模型进行噪声分析；步骤S8，根据风机模型的工作情况，针对模型进行修改。本发明专利技术利用数值模拟技术对多种设计方案进行筛选和优化，在一定程度上减少了实物试验，从而不但降低了产品开发成本，还保证了产品的质量。

A NUMERICAL SIMULATION METHOD FOR NOISE OF VEHICLE AIR-CONDITIONING FAN BASED ON RNG k-E MODEL

【技术实现步骤摘要】
一种基于RNGk-ε模型的车载空调风机噪声数值模拟方法
本专利技术涉及汽车风机领域，具体涉及一种基于RNGk-ε模型的车载空调风机噪声数值模拟方法。
技术介绍
风机是依靠输入的机械能，提高气体压力并排送气体的机械，它是一种从动的流体机械。风机在使用过程中产生的气动噪声对周围环境影响较大，尽可能的降低噪声已成为风机生产的必要前提。风机的传统设计方法对结构参数的选择有很大不确定性。采用传统设计方法进行设计时往往导致多种设计方案，要想在多方案之中筛选出好的方案须做大量的模型试验工作。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述问题，提供了一种基于RNGk-ε模型的车载空调风机噪声数值模拟方法，本专利技术利用数值模拟技术对多种设计方案进行筛选和优化，在一定程度上减少了实物试验，从而不但降低了产品开发成本，还保证了产品的质量，其采用的技术方案如下：一种基于RNGk-ε模型的车载空调风机噪声数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，在UG中建立风机的三维几何模型,并导出标准格式文件；步骤S2，将标准格式文件导入SC-Tetra(CFD软件)中进行模型处理；步骤S3，在SC-Tetra(CFD软件)中对处理后的模型进行非结构化四面体网格的划分；步骤S4，设置材料参数，工况及边界条件；步骤S5，使用不连续网格及声音类比功能进行分析；步骤S6，对模型使用Proudman`sequation稳态分析方法进行观测；步骤S7，对模型使用FW-Hmethod非稳态分析法进行噪声分析；步骤S8，根据风机模型的工作情况，针对模型进行修改。在上述技术方案基础上，所述风机主要由集流器、轮毂、导叶、轴心和电机组成，所述轴心固定于集流器和轮毂中，电机散热采用独立通道，不影响风机流场，风机气流方向由集流器流入，通过导叶流出。在上述技术方案基础上，所述步骤S1具体为将集流器与轮毂模型分别导出.STL格式文件，在集流器与轮毂的缝隙中创建圆柱体将缝隙进行包裹，将包裹体导出.STL文件；步骤S2具体为导入包裹体、轮毂和集流器的.STL文件在CFD软件SC-Tetra中进行模型处理,处理完成的模型分别保存后，在SC-Tetra中进行再次合并,在合并时需再次检查是否存在干涉的问题。在上述技术方案基础上，模型处理方式为先对模型划分八叉树网格后进行Wrapping包面操作。在上述技术方案基础上，步骤S3为先确定风机模型的计算域，计算域的外边界应该在风机机壳内部流道以及机壳围的无穷远处，但是在用SC-Tetra进行计算分析时一般采用有限计算域代替无限计算域的方法，并且近似的认为计算域以外的因素对计算域内流场无干扰；然后在SC-Tetra中创建计算域并进行网格划分，生成网格的过程为先生成面网格，再生成八叉树网格，最后生成四面体非结构化网格，网格数量为7396435个单元。在上述技术方案基础上，步骤S4为对所需要设置边界条件的面或体进行注册，主要注册区域为进出口，旋转体及不连续网格部分，不连续网格即包裹体部分，要注意注册时以平面或曲面为基准一一对应注册；设置区域材料参数，主要参数为密度，粘性，比热容与导热系数，创建后的网格部分均为流体部分，选择材料为空气；对注册的区域设定边界条件，设置进口总压200Pa，出口静压值为0Pa，进口流量为0.6027m^3/s，设置不连续网格面及旋转区域，设置噪声中心为风机旋转中心。在上述技术方案基础上，步骤S7具体为设置分析类型为非稳态湍流分析，湍流模型为RNGk-ε模型，将模型另存为.pre/.s文件，打开求解器进行计算。本专利技术的有益效果为：风机模型要求能够在较低的转速下获得较高的压力和大的风量，而噪声却相对较低，因此在要求高压力大风量低噪声且安装空间较小的使用场所得到广泛的使用。本专利技术利用数值模拟技术对多种设计方案进行筛选和优化，在一定程度上减少了实物试验，从而不但降低了产品开发成本，还保证了产品的质量。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明：一种基于RNGk-ε模型的车载空调风机噪声数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，在UG中建立风机的三维几何模型,并导出标准格式文件；步骤S2，将标准格式文件导入SC-Tetra(CFD软件)中进行模型处理；步骤S3，在SC-Tetra(CFD软件)中对处理后的模型进行非结构化四面体网格的划分；步骤S4，设置材料参数，工况及边界条件；步骤S5，使用不连续网格及声音类比功能进行分析；步骤S6，对模型使用Proudman`sequation稳态分析方法进行观测；步骤S7，对模型使用FW-Hmethod非稳态分析法进行噪声分析；步骤S8，根据风机模型的工作情况，针对模型进行修改。优选的，所述风机主要由集流器、轮毂、轴心和电机组成，所述轴心固定于集流器和轮毂中，电机散热采用独立通道，不影响风机流场，风机气流方向由集流器流入，通过导叶流出。优选的，所述步骤S1具体为将集流器与轮毂模型分别导出.STL格式文件，在集流器与轮毂的缝隙中创建圆柱体将缝隙进行包裹，将包裹体导出.STL文件；步骤S2具体为导入包裹体、轮毂和集流器的.STL文件在CFD软件SC-Tetra中进行模型处理,主要处理的部分为模型较容易出问题的部分，常见的问题有交叠边，公共边，重叠面，干涉面，在SC-Tetra中进行检查以及处理，处理完成的模型分别保存后，在SC-Tetra中进行再次合并,在合并时需再次检查是否存在干涉的问题。优选的，模型处理方式为先对模型划分八叉树网格后进行Wrapping包面操作。优选的，步骤S3为先确定风机模型的计算域，计算域的外边界应该在风机机壳内部流道以及机壳围的无穷远处，但是在用SC-Tetra进行计算分析时一般采用有限计算域代替无限计算域的方法，并且近似的认为计算域以外的因素对计算域内流场无干扰；然后在SC-Tetra中创建计算域并进行网格划分，划分过程中注意边界层的创建，生成网格的过程为先生成面网格，再生成八叉树网格，最后生成四面体非结构化网格，网格数量为7396435个单元。优选的，步骤S4为对所需要设置边界条件的面或体进行注册，主要注册区域为进出口，旋转体及不连续网格部分，不连续网格即包裹体部分，要注意注册时以平面或曲面为基准一一对应注册；设置区域材料参数，主要参数为密度，粘性，比热容与导热系数，创建后的网格部分均为流体部分，选择材料为空气(20℃/不可压缩)；对注册的区域设定边界条件，设置进口总压200Pa，出口静压值为0Pa，进口流量为0.6027m^3/s，设置不连续网格面及旋转区域，设置噪声中心为风机旋转中心；优选的，步骤S5中的不连续网格是计算不连续网格中相互连接的网格的函数方式，使用此函数计算移动元素时，将移动区域连接到静态区域。同时使用不连续网格和移动网格功能，可以解决旋转风扇和搅拌槽等问题。使用该函数的另一种方法是:精细网格和粗网格之间的边界为用不连续网格连接，在这种情况下，精细的网格用于流动变化剧烈的区域，而粗网格用于其他区域。SC-Tetra气动噪声分析主要使用声学类比法进行分析，在声学类比法中，由于声压的阶数远小于流体运动引起的声压的阶数，对流体的压力和声音的压力分别考虑。使用声学类比法需要满足两个条件：1.声源足够紧凑既声源的大小与波长相比足够小。2.观测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于RNG k‑ε模型的车载空调风机噪声数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，在UG中建立风机的三维几何模型,并导出标准格式文件；步骤S2，将标准格式文件导入SC‑Tetra中进行模型处理；步骤S3，在SC‑Tetra中对处理后的模型进行非结构化四面体网格的划分；步骤S4，设置材料参数，工况及边界条件；步骤S5，使用不连续网格及声音类比功能进行分析；步骤S6，对模型使用Proudman`s equation稳态分析方法进行观测；步骤S7，对模型使用FW‑H method非稳态分析法进行噪声分析；步骤S8，根据风机模型的工作情况，针对模型进行修改。

【技术特征摘要】
1.一种基于RNGk-ε模型的车载空调风机噪声数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，在UG中建立风机的三维几何模型,并导出标准格式文件；步骤S2，将标准格式文件导入SC-Tetra中进行模型处理；步骤S3，在SC-Tetra中对处理后的模型进行非结构化四面体网格的划分；步骤S4，设置材料参数，工况及边界条件；步骤S5，使用不连续网格及声音类比功能进行分析；步骤S6，对模型使用Proudman`sequation稳态分析方法进行观测；步骤S7，对模型使用FW-Hmethod非稳态分析法进行噪声分析；步骤S8，根据风机模型的工作情况，针对模型进行修改。2.根据权利要求1所述的一种基于RNGk-ε模型的车载空调风机噪声数值模拟方法，其特征在于：所述风机主要由集流器、轮毂、导叶、轴心和电机组成，所述轴心固定于集流器和轮毂中，电机散热采用独立通道，不影响风机流场，风机气流方向由集流器流入，通过导叶流出。3.根据权利要求2所述的一种基于RNGk-ε模型的车载空调风机噪声数值模拟方法，其特征在于：所述步骤S1具体为将集流器与轮毂模型分别导出.STL格式文件，在集流器与轮毂的缝隙中创建圆柱体将缝隙进行包裹，将包裹体导出.STL文件；步骤S2具体为导入包裹体、轮毂和集流器的.STL文件在CFD软件SC-Tetra中进行模型处理,处理完成的模型分别保存后，在SC-Tetra中进行再次合并,在合并时需再次检查是否存在干涉的问题。4.根据权利要求3所述的一种基于RNGk-ε模型的车载空调风机噪声...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣健，张华伟，伏祥雷，张艳茹，
申请(专利权)人：青岛华涛汽车模具有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37