智能座舱声振建模技术：HVAC噪音传播与多孔吸声材料

声学仿真初学者 2023年7月10日浏览：1418 收藏：1

HVAC （供暖、通风和空调）管道的声环境性能改善不会提高下压力（空气动力抓地力），也不会让汽车操控更平顺。但当空气动力学专家优化HVAC的空气动力学性能时，你会感到更舒适。特别是当你驾驶一辆电动汽车，驾驶室里只有幸福的安静体验，或者经过声环境优化，可以在全环绕声中听到你最喜欢的音乐。

智能座舱声振建模技术：HVAC噪音传播与多孔吸声材料的图1

HVAC如何破坏您的环境？

空气通过和越过表面不可避免地会在表面上产生流动和力的波动，这些可能会产生噪音。空气来源于固定的位置 - 风扇，这种噪音往往是重复的，不胜其烦。

当工程师考虑舱内环境时，声音对整体体验至关重要。因为没有人愿意在烦扰的噪音周围待很久。然而，有些噪声是很难预测或完全消除的。因此，工程师们对汽车的声环境（音景）进行数字化建模，这样他们就可以在工厂冲压第一块钣金件之前，识别出恼人的噪音并消除或修改它们。通常，工程师会考虑三种HVAC环境。

环境一：管道内部

由于弯头、叶片和襟翼等部件，管道系统内部的流场可能会很复杂。气流分离和干扰与下游部件的相互作用是HVAC管道中产生噪声源的原因。该部分的流量不受下游环境的影响，因此可以在消声室中或在HVAC管道连接到机舱的情况下对其进行独立建模。OEM工程师可以进行这些计算。当然，管道模拟也可能是零件供应商也需要进行管道模拟工作。

环境二：出口附近

当空气通过出口，越过任何导流片，突然发现自己处于一个大大扩大的空间中时，就有可能产生湍流和声音。由于这对声学专家和空气动力学专家来说都是一个充满挑战的领域。

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环境三：汽车的大部分内饰

我们将考虑从您的耳朵到HVAC管道出口附近的环境。你可能会想得很简单，一个简单的声波从出口顺畅地传播，直到你的耳膜轻松的挡住它。在消声室里可能是这样，但你是在一辆车里。其他声波会干扰HVAC波，软表面（如座椅）会吸收声音，而硬表面会反射声音。如果这些反射与初始波同步，它们会放大声音，但是如果它们的波形发生变化，它们会减弱原始声音。这些都是工程师需要考虑的因素。

由于这三种环境需要不同的技术和可能不同的工程师来处理它们，我们将分三个步骤来研究它们。

步骤1：计算HVAC管道中的气动声场

在CFD软件中计算HVAC管道系统的空气动力学，以及来自HVAC管道出口的气动声源生成和近场传播。采用这种解决方案时，在声学传播中可以忽略舱内效果。具有大涡模拟（LES）和扰动对流波方程（PCWE）的时域解决方案可用于此计算。

这简化了噪声源计算，因为不需要将座舱域添加到流量计算中。更重要的是，可以在频域解决方案中更好地定义舱内声学特性，如吸收表面和多孔域，而在时域中计算流动和近场声学。

该解决方案还可以在没有座舱的自由场中给出观察者位置的声学响应，模拟类似于HVAC管道定位在消声室而不是汽车座舱中的环境。

“步骤1”在各种工作流程中很常见，对于无法得到汽车座舱模型的HVAC制造商来说很有用。然而，对于也可以将机舱纳入声学领域的整车OEM厂商，可以考虑混合解决方案。使用相同的源域计算，这种混合解决方案不需要大量增加“步骤1”的开销，并将提供流信息。

步骤2：在可渗透的HVAC管道出口上传递声场

使用相同的解决方案，CFD用户可以导出瞬态噪声源组件。在以前的应用中，在刚性边界（例如HVAC表面或HVAC“体积”域）中要求瞬时空气动力输出。然而，由于PCWE已经解决了该应用中的空气声学近场传播，至少在HVAC管道出口之前，我们可以直接从该模拟中导出声学量，而不是更大的空气动力学量。这些参数包括声压和速度，将在下一轮舱内声辐射计算中使用。这些数量可以在覆盖 HVAC 出口的凸形网格上导出，该网格将适合客舱，就像实际中的辐射方式一样。数据格式可以是二进制的“ . cgns ”。在小的可渗透表面上使用这种二进制数据导出也减少了 CFD 用户和声学用户之间的数据传输。

智能座舱声振建模技术：HVAC噪音传播与多孔吸声材料的图5

可渗透表面的位置

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可渗透表面上发生声压（左）和声速（右）的时间

时域“.cgns”文件可以在模型和加载预处理中导入Simcenter 3D。它们可以转换为频域分量。在“步骤3”中，产生的频域可渗透表面将用作声学载荷。

步骤3：计算具有渗透载荷的舱室内的传播

使用单独的网格计算，可以单独生成HVAC管道的机舱声学模型。这是可能的，因为声学舱模型没有任何与流动相关的网格约束。对于标准有限元解决方案，每波长6个声学单元的要求已经比CFD网格更粗糙。此外，使用FEMAO，客舱模型可以在体积上变粗，因为FEMAO允许通过调整每个频率的单元顺序来解决粗糙单元的声学问题。在可以使用非常粗糙的单元的地方，可以使用类似于下面的网格。这加快了低频率的解决时间。