ANSYS CFX yazılım paketinde sonik patlamanın sayısal simülasyonu. ANSYS


giriiş

Hava teknolojisinin konforunu artırmaya yönelik küresel eğilim, yeni kuralları zorunlu kılıyor, artık teknoloji sadece uçmakla kalmamalı, ekonomik olarak uçmalı ve insanlara mümkün olduğunca az rahatsızlık vermeli. Rahatsızlık yaratan ana faktörlerden biri gürültüdür, 80 dB'nin üzerinde bir değerle insanlar için zararlı kabul edilir.

Hava sesleri iki sınıfa ayrılabilir: ortamdaki parçacıkların akışta karışması sırasında ve katı cisimlerin etrafındaki akış sırasında oluşanlar. Birinci sınıf, jet gürültüsünü, ikincisi - tellerin (sözde eolian tonları), pervanelerin, fanların vb. Etrafındaki akışın gürültüsünü içerir. Hidrodinamik kaynaklı sesler, hidroakustik tarafından incelenir.

Ana rotor tarafından yayılan gürültünün bir parçası olarak, girdap (veya geniş bant) gürültüsü, kanat dönüş gürültüsü ve kanat patlamaları ayırt edilir. Bu bileşenler arasındaki fark ilk bakışta göründüğü kadar büyük olmasa da, sonuçların sunulmasında böyle bir sınıflandırma yararlıdır.

Sessiz ve verimli bir pervane yaratmak çok ciddi bir sorun çünkü bu iki özellik genellikle birbirinden ayrı duruyor. Bu tür vidaları geliştirmek için yeni malzemeler veya tasarım fikirleri kullanmak gerekir.

1. Sesin teorik gerekçesi

Helikopter en sessiz VTOL uçağı olmasına rağmen, neden olduğu gürültü seviyesi hala oldukça yüksektir. Tasarım sürecinde gürültüyü azaltmak için özel önlemler alınmadığı takdirde bu, helikopterin önemli bir dezavantajı haline gelebilir. Uçak gürültü gereksinimleri giderek daha sıkı hale geldikçe, bir helikopterin tasarım sürecinde rotor ses emisyonunun incelenmesi önem kazanmaktadır. Pervane kanatları etrafındaki akışın periyodikliği nedeniyle, gürültü spektrumu, kanatların geçişinin NQ frekansının katları olan frekansların yakınında belirgin şekilde yoğunlaşmıştır (Şekil 1.1). Gürültü emisyonu, büyüklüğü sabit olan kaldırma ve sürükleme kuvvetlerinin bileşenlerinin kanatlarla birlikte dönmesi ve bu kuvvetlerin yüksek frekanslı bileşenlerinin değişmesinden kaynaklanmaktadır. Yüksek frekans bölgesinde, akış parametrelerindeki rastgele değişikliklerle, özellikle serbest girdapların etkisi altında ortaya çıkan yüklerdeki dalgalanmalarla ilişkili olan spektral çizgilerin genişlemesi gözlenir. Akustik basınç zamanla, esas olarak bir periyotla değişir n/NQ ve sıkıştırılabilirlik belirtileri ve girdap kaynaklı yük değişiklikleri gibi yerel aerodinamik olaylarla ilişkili keskin basınç tepe noktaları vardır. Ana rotor tarafından yayılan gürültünün bir parçası olarak, girdap (veya geniş bant) gürültüsü, kanat dönüş gürültüsü ve kanat patlamaları ayırt edilir. Bu bileşenler arasındaki fark ilk bakışta göründüğü kadar büyük olmasa da, sonuçların sunulmasında böyle bir sınıflandırma yararlıdır.

Girdap veya geniş bant gürültüsü, frekansları ve genlikleri kanatların geçiş frekansına sahip periyodik bir sinyal tarafından modüle edilen yüksek frekanslı bir ıslık sesidir. Bu gürültü doğası gereği rastgeledir ve kanatlar üzerindeki yüklerdeki rastgele değişikliklerle ilişkilidir. Bu tür gürültünün enerjisi, bir ana rotor için yaklaşık 150 ila 1000 Hz ve maksimum yaklaşık 300-400 Hz olan işitilebilir frekans spektrumunun önemli bir kısmına dağıtılır. (İnsanın işitme aralığının 100-20000 Hz olduğu ve 1000 Hz frekansta maksimum algılama olduğu unutulmamalıdır) Rotor girdap gürültüsü, esas olarak kanadın türbülanslı iz içinde geçişinden kaynaklanan kaldırmadaki rastgele değişikliklerden kaynaklanır. Bitiş girdapları, oluşumunda özel bir rol oynar. Girdap gürültüsünün diğer kaynakları, arka kenardan aşağı inen enine girdaplar nedeniyle kanatlar üzerindeki kuvvetlerdeki değişiklikleri, yaklaşan akıştaki türbülansı ve sınır tabakasının ayrılmasını ve türbülansını içerir. ("Girdap gürültüsü" adının, bir silindir etrafında akarken oluşana benzer bir enine girdap iziyle ilişkisinin orijinal konseptini yansıttığını unutmayın. Dönme gürültüsünün maksimum yoğunluğu çok düşük frekanslara düşer, böylece birkaç düşük harmonikler işitilebilir aralığa hiç düşmeyebilir.Bu nedenle, dönme gürültüsü baskınsa, bu algısal olarak en rahatsız edici durum değildir, Algısal olarak girdap gürültüsü genellikle baskındır.

Şekil 1.1 - Rotor gürültü spektrumu

Dönme gürültüsü, kanatların hava üzerindeki periyodik kuvvet hareketi tarafından oluşturulan akustik basınçtaki tamamen periyodik bir değişiklikle belirlenir. Bu tür gürültünün spektrumu, frekansın katları olan ayrık frekans çizgilerinden oluşur. NQ bıçakların geçişi. Spektrumun düşük frekanslı bölümünde dönme gürültüsü hakimdir ve bir ana rotor söz konusu olduğunda, algılanamayan frekanslardan gelen frekanslara karşılık gelir. Dönme gürültüsü, helikopter yapılarının titreşimine ve yorulma hasarına neden olabilir. Ayrıca, düşük frekanslı gürültü atmosferde iyi yayılırken, yüksek harmonikler helikopterden uzaklaştıkça daha hızlı bozulur. Bu nedenle, helikopterden uzak mesafelerde, kanatların çırpılması ve ana rotorun dönme gürültüsü büyük önem taşımaktadır. Helikopter genellikle akustik olarak ana rotorun dönme sesiyle algılanır.

Gürültü, oran tarafından tanımlanan özel birimler - desibel (dB) cinsinden ölçülür.

1dB=10 lg

Logaritmik ölçek, ses sinyallerinin büyüklük sıralarındaki farklılıkları ve işitmenin gücünün logaritmasıyla orantılı olarak gürültüye yanıt verme yeteneğini daha iyi yansıttığı için kullanılır. Alanın belirli bir noktasında akustik enerji akışının yoğunluğu, değerle belirlenir.

Nerede R basıncın pertürbasyonu ve ortamın perturbed hareketinin hızıdır. Anlık değer, birim alan başına yayılan enerjidir. Uzak alanda, tedirgin hız ve basınç, ilişki ile ilişkilidir, böylece enerji akışının yoğunluğu ifade ile belirlenir.

nerede ses hızı, hava yoğunluğunun ortalama değeri, ses basıncının ortalama karekök değeridir. Böylece, akustik radyasyonun yoğunluğu ortalama kare basınç tarafından belirlenir. İşitme organları ve uçağın tasarımı, basınç değerinin atmosfer basıncından sapmasına tepki verir. Bu nedenle gürültü, ses basıncı seviyesi ile karakterize edilir. SPL(Ses Basıncı Seviyesi), referans basınca göre desibel cinsinden ölçülür SPL=20 lg.

Referans basınç için genellikle alınır. Böylece, ortalama kare basıncın spektral yoğunluk eğrisi, ses enerjisinin frekans dağılımı yasası olarak kabul edilebilir.

aerodinamik kanat ses ucu

2. Ses hesaplaması

2.1 Hesaplama yöntemi seçimi

Sesi hesaplamak için Bölüm 1'de görüldüğü gibi üfleme deneylerinden elde edilen ampirik verilere sahip olmak gerekir. Arındırma işlemi çok pahalı olduğundan tüm bu işlemleri simüle eden bir program kullanılmasına karar verildi.

Bu programlardan biri de Ansys ve modülü CFX.

Ansys- hesaplamalar yapmak için sonlu elemanlar yöntemini kullanan bir yazılım paketi.

CFX- yazılım paketi modülü ANSYS aerodinamik özelliklerin hesaplanması dahil.

2.2 Bıçak profili seçimi

Hesaplamayı yapmak için, profil atlasından değişiklik profili seçilir. ClarkY-15, özellikleri Tablo 2.2.1'de belirtilmiştir. Seçim, profilin oldukça basit olması ve modellenirken zorluklara neden olmayacağı gerçeğiyle haklı çıkar. 3 D.

Tablo 2.2.1 - Profil özellikleri Modifikasyonu Clark Y-15

nerede K maks.- profilin maksimum aerodinamik kalitesi, C ymax - maksimum kaldırma katsayısı, C xdk- minimum sürükleme katsayısı, C M 0 - boyuna moment katsayısının değeri C y=0.

Şekil 2.2.1 - Hücum açısından kanat kaldırmasındaki değişimin grafiği

Şekil 2.2.2 - Bıçak profili

Şekil 2.2.2'den görülebileceği gibi, simüle edilmiş profil TsAGI profiline benzer ancak aynı değildir, bu nedenle bunun bir miktar hesaplama hatası yaratacağı not edilebilir.

2.3 Kanat profilinin hesaplanması

2.3.1 Hesaplama alanının tanımı

Sesle ilgili veri eksikliği nedeniyle, bıçağın etrafındaki akışı analiz edeceğiz. Ansys CFX, modelin doğruluğunu ve iyileştirme nesnelerini belirlemek için, profil üfleme deneyimi simüle edilecektir. ClarkY-15, TsAGI'de bulunan T-1 rüzgar tünelinde.

Kanadın geometrik özellikleri Tablo 2.2.1'de gösterilmiştir.

Hesaplama alanı TsAGI tarafından kullanılan T-1 rüzgar tüneline göre seçilmiştir.

Tablo 2.3.1.1 - Hesaplama alanının geometrisi

2.3.2 Sınır koşullarının belirlenmesi

Daha önce bahsedildiği gibi, Ansys CFX sonlu elemanlar yöntemine dayalıdır, yani denklemleri çözmek için, (denklemlerin tanımlanabilir olması için) sınır koşullarını, yani hesaplama alanına giriş ve çıkıştaki koşulu getirmek gerekir. , ortamın özellikleri.

Hesaplama koşullarını hazırladıktan sonra, bunları tablo 2.3.2.1'e gireceğiz, bunun için atlas ve metodolojik kılavuzların rehberliğinde olması gerekiyor. ANSYS.

Tablo 2.3.2.1 - Sınır koşulları

Akış hızı deneydekinden daha yüksek seçilmiş, bu da sonuçları hiçbir şekilde etkilemeyecek, daha yüksek bir Reynolds sayısı sağlamakta ve model gerçek uçuş koşullarına yaklaşmaktadır.

Şekil 2.3.2.1 - Hesaplama alanı

Şekil 2.3.2.1, hesaplama alanını göstermektedir.

Merkezde, koordinatların başlangıç ​​noktasında kanat profili bulunur. Hesaplamayı hızlandırmak için, borunun ve kanadın yalnızca yarısı simetri düzlemine göre modellenmiştir, bu da programın kullandığı kaynakları yarı yarıya azaltır.

2.3.3 Ağ oluşturma ve hesaplama

Bir ızgara oluştururken, genel ızgara (Şekil 2.3.3.1), yerel iyileştirme ızgarası (Şekil 2.3.3.3) ve sınır katmanı (Şekil 2.3.3.4) için parametreler dikkate alınır.

Şekil 2.3.3.1-Genel şebeke parametreleri.

Şekil 2.3.3.2 - Mesh tanımlama menüsü.

Şekil 2.3.3.3 - Yerel ağ oluşturma.

Şekil 2.3.3.4 - Sınır tabakasının tanımı.

Genel ızgaranın en uygun boyutlarını belirlerken, ızgara boyutunda art arda bir azalma, hücre sayısında bir artış ile farklı değerlerinde hesaplama yapacağız.

dakika boyut=1mm

Maksimum yüz boyutu= 70mm, maksimum boyut= 200 mm.

İle, kg / m3

Tablo 2.3.3.1 - Izgara parametreleri için aerodinamik değerler dakika boyut=1mm

Maksimum yüzboyut=50 mm, maksimum boyut= 100 mm.

Py, H

piksel, H

S, m 2

İle, kg / m3

Bu durumda, açı için hatalar 0? Tablo 2.3.3.2'de listelenmiştir.

Tablo 2.3.3.2 - Belirleme hatası.

Tablo 2.3.3.2'ye dayanarak, hesaplamanın doğruluğunu artırmak için daha ince bir ızgara kullanılması gerektiğini belirledik. parametrelerle maks. yüz boyut=50 mm, maks. boyut= 100 mm.

Sınır tabakasının boyutlarını belirlemek için, hızı profilin üzerindeki yükseklik boyunca çizmek gerekir.

Şekil 2.3.3.5 - Profil sınırındaki hız dağılımı grafiği

a - vücut ile sınırdaki hızların teorik değerleri

b - vücut ile sınırda elde edilen hız değerleri

Rakamlardan yola çıkarak, sınır tabakasının kalınlığının yaklaşık 18-12,77=5,23 mm olduğunu söyleyebiliriz, burada 12,77 mm kanat profilinin yüksekliğidir.

2.3.4 Ağ iyileştirme bölgelerinin tanımı

Çalışma alanındaki basınç dağılımına bağlı olarak ağ iyileştirme bölgelerini belirliyoruz.

Şekil 2.3.3.1 - Çalışma alanındaki basınç dağılımı.

Şekil 2.3.3.2 - Izgara bölme bölgeleri.

İç bölgenin boyutları 625×100×900 mm, dış bölge dış duvar boyunca 1000×400×900 mm ve iç duvar boyunca 800×120×900 mm'dir.

Hücrelerin boyutları iç bölgede 8 mm, dış bölgede 12,5 mm'dir. Bıçak yüzeyindeki ızgara iyileştirmesi de parametrenin tanıtılmasıyla yapıldı. yüz boyutlandırma 2mm değerinde. Hesaplamadaki hücre sayısı 8.12 milyondu.

Y+ buna göre grid modelinin yerel alanlardaki yeterliliği kontrol edildiğinde 66'ya ulaşmaktadır.

Şekil 2.3.3.3 - Dağılım Y+ bıçak profili boyunca.

Y+ - sınır tabakasını karakterize eden boyutsuz parametre, birinci sınır tabakasından duvara olan mesafe.

4. açı için mi? tablo 2.3.3.1'de görüntülenen aşağıdaki verileri aldı.

Tablo 2.3.3.1 - 4? açısı için hesaplama sonuçları.

Sonuçları daha büyük ızgara modeliyle kontrol edelim.

Izgara inceltmesi iç bölgede 15 mm, dış bölgede 30 mm'dir.

Bıçak yüzeyindeki ızgara iyileştirmesi de parametrenin tanıtılmasıyla yapıldı. yüz boyutlandırma 5 mm değerinde.

Hesaplamadaki hücre sayısı 2,14 milyondu, bu da önemli ölçüde daha az ve hesaplama süresini hızlandırıyor.

Bu tür parametrelerle, katsayının değeri Y+ Yerel bölgelerde grid modelinin yeterliliğinin kontrol edildiği buna göre 58'e ulaşıyor.

Şekil 2.3.3.4 - Dağılım Y+ daha büyük bir ızgara ile profil boyunca.

Tablo 2.3.3.2 - Daha büyük bir ızgaraya sahip sonuçların değerleri.

Tablo 2.3.3.1 ve 2.3.3.2'ye göre, kaldırma kuvveti için hesaplama hatası

Böylece hata düşük değerler alır ve çok ince bir ağ oluşturmaya gerek kalmaz.

Şekil 2.3.3.5 - Kabul edilen hesaplama tablosu.

2.3.4 Profil özelliği hesaplaması

0'dan açılar için oluşturulan modellere göre profilin özelliklerini hesaplayalım? 16'ya kadar?

Tablo 2.3.4.1 - Profil hesaplaması.

Sonuçları TsAGI'de elde edilen özelliklere göre analiz edeceğiz.

Şekil 2.3.4.1 - Kanat profilinin aerodinamik kalitesi

Şekil 2.3.4.2 - Profil sürükleme.

Şekil 2.3.4.3 - Profilin kaldırma kuvveti.

Şekil 2.3.4.4 - TsAGI profil özellikleri.

Şekil 2.3.4.1-2.3.4.4'e dayanarak, sonucun hesaplama yöntemiyle, türbülans modeline dahil edilen varsayımlarla ve ayrıca profillerin geometrik yanlışlığıyla ilişkili en yüksek hatayla ilişkili bir hataya sahip olduğunu söyleyebiliriz. tasarlarken, daha fazla sayıda profil koordinatına sahip atlasların kullanılması gerektiği sonucuna varabiliriz (ve TsAGI atlasında olduğu gibi 2 değil).

2.4 Ses hesaplaması

Ses hesabı yapılırken 3 kanatlı model kullanılmaktadır. Ucu değiştirilmemiş bir bıçak, linglett uçlu bir bıçak, yatay uçlu bir bıçak. Hesaplamaya dayalı olarak, profil uç tasarımının değiştirilmesinin profilin aerodinamik özelliklerine ve gürültüye etkisinin belirlenmesi planlanmaktadır.

Ses hesabı yapılırken 3 kanatlı model kullanılmaktadır. Ucu değiştirilmemiş bir bıçak, linglett uçlu bir bıçak, yatay düzlemde bir ucu olan bir bıçak (bkz. Şekil 2). Hesaplamaya dayalı olarak, ucun tasarımının değiştirilmesinin kanat profilinin gürültü ve aerodinamik özelliklerine etkisinin belirlenmesi planlanmaktadır. Modelin oluşturulmasında önceden hesaplanan profil kullanılmaktadır. Temel aerodinamik özellikler Cx - sürükleme katsayısı, Su - kaldırma katsayısı, İle - aerodinamik kalitesi tablo 1'de verilen.

Tablo 2.4.1 - Ansys'te elde edilen profilin aerodinamik özellikleri.

Şekil 1 - Bıçak Profili

a - TsAGI Atlas, b - Ansys'deki Model

Atlasta verilen profillere dayanarak bir geometrik model geliştirilmiştir.

Şekil 2 - Bıçağın modeli

a - yatay uçlu model, b - linglett tipi.

Helikopterden 1.150 m mesafede yerdeki mod için gürültü hesabı yapılır Kanatların montaj açısı 10? helikopterlerde kalkış modunda yaklaşık olarak aynı değerleri almasına dayanmaktadır. Hesaplama öncekiyle aynı prensibe göre yapılacaktır.

Tablo 3 - Sınır koşulları

Şekil 3 - Hesaplama alanı.

Hesaplama alanı aşağıdaki boyutlara sahiptir:

Yükseklik 4m

yarıçap 6m

Yan yüzeylerin kesme açısı 30?

Eksenden yan yüzeylerin kesimine olan mesafe 2m'dir.

Kanadın yüzeyinde bir ağ oluştururken, profilin aerodinamik özelliklerini hesaplarken sınır tabakasına eşit alınan bir sınır tabakası oluşturulur, 5,23 mm, katman sayısı N Sınır katmanının =10'u kaynağın tavsiyelerinden alınmıştır.

Hasır iç kısımda 160x900mm, dış kısımda 800x3000mm olmak üzere daha geniş alanlarda kırılırken, uçların eklenmesiyle kırma derinliğinin 2000mm'ye çıkarılmasına karar verildi.

Şekil 2.4.2 - Izgara iyileştirme bölgeleri

Hesaplama hızı hususlarına bağlı olarak, hücre boyutları artırıldı.

Şekil 2.4.3 - Genel ızgaranın boyutları

Şekil 2.4.4 - İç alanın ızgara boyutu.

Şekil 2.3.5 - Dış alanın ızgara boyutu.

Şekil 2.3.6 - Sınır katman boyutu.

Toplam hücre sayısı 1900 bindi. Hesaplama sırasında dönme sesi frekansı ve ses basınç seviyesi elde edilmiştir.

Şekil 5 - 1 m mesafedeki çeşitli bıçakların sesindeki değişimin grafiği.

Şekil 6 - 150 m mesafedeki çeşitli bıçakların sesindeki değişimin grafiği.

Rakamlardan hareketle, tasarım değişikliğinin hem helikopterin ses seviyesini olumlu yönde etkilediğini, linglett uçlu kanadın gürültüsünü azalttığını, hem de yatay kanatlı kanadın gürültüsünü olumsuz etkilediğini belirtmek gerekir. ipucu arttı.

3. Aerodinamiğin analizi

Aerodinamik özellikler üzerindeki etkiyi belirlemek için kaldırma, hız dağılımı ve türbülans açısından üç kanadı karşılaştıracağız.

Tablo 3.1 - Uçsuz bir bıçağa etki eden kuvvetler

Tablo 3.2 - İnce uçlu bir bıçağa etki eden kuvvetler.

Tablo 3.3 - Yatay uçlu bir bıçağa etki eden kuvvetler

Tablo 3.1-3.3'ten görülebileceği gibi, profil uçlarındaki değişiklik, kanatlara etki eden kuvvetleri büyük ölçüde etkilerken, Y ekseni boyunca "-" kuvveti uçsuz kanat üzerine etki eder, bu büyük olasılıkla formasyondan kaynaklanmaktadır. kanadın arkasındaki ters akışların sayısı, bkz. Şekil 3.1.

Uç değiştirilerek elde edilen kanat etrafındaki akış paternleri (bkz. Şekil 3.1-3.5), kanadın profilindeki geometrik bir değişimin aerodinamik özellikler üzerindeki etkisini gösterir, uçtaki bir değişiklikle görülebileceği görülebilir. , akış paterni önemli ölçüde değişir, bu da aerodinamik alanında ek araştırmalara ihtiyaç olduğunu ve kanat uçlarının tasarım değişikliklerini gösterir.

Şekil 3.1 - Uçsuz bir bıçağın arkasındaki hız vektörleri.

Şekil 3.2 - Linglett uçlu bir kanadın arkasındaki hız vektörleri

Şekil 3.3 - Yatay uçlu bir kanadın arkasındaki hız vektörleri

ZX ucu olmayan bir bıçak için.

Şekil 3.4 - Uçakta hız dağılımı ZX yatay uçlu bir bıçak için.

Şekil 3.5 - Uçakta hız dağılımı ZX linglett uçlu bir bıçak için.

sonuçlar

Çalışmalar sırasında programdaki hesap esası ve sırası belirlendi. ANSYS CFX, profilin aerodinamik özellikleri belirlendi, kanadın dönüşünü hesaplamak için bir model oluşturuldu, uçsuz, linglett uçlu ve yatay uçlu olmak üzere üç tip kanat için ses hesabı yapıldı. Bu kanatların aerodinamiğinin analizi yapılmıştır.

Uçsuz kanat ortalama bir gürültü seviyesine sahiptir, bu kanadın dönüş sırasındaki aerodinamik özellikleri düşüktür, kaldırma kuvveti negatiftir, kanadın bükülmesini kullanmak gerekebilir.

Linglett uçlu kanat en düşük gürültü seviyesine sahiptir, aerodinamik özellikleri ortalama iken, bu kanat tarafından oluşturulan kaldırma kuvveti, muhtemelen ikinci kanadın daha geniş bir alanından kaynaklanan yatay uçlu bir kanattan biraz daha düşüktür. .

Yatay uçlu bir bıçak, muhtemelen bıçağın daha geniş alanı nedeniyle en fazla kaldırma gücüne sahipken en fazla gürültüyü üretir.

Bu nedenle, optimal olanı belirlemek için kanadı ve ucun tasarımını daha fazla araştırmak gerekir, ayrıca çalışmanın kanatların dönme gürültüsü, girdap gürültüsü ve gürültü üzerine yapıldığına dikkat edilmelidir. bıçakların patlaması dikkate alınmadı.

Kaynakça

1. Johnson W. Helikopter Teorisi: 2 kitapta. Başına. İngilizceden - M.: Mir, 1983. - (Havacılık ve roket ve uzay teknolojisi). Kitap. 2. 1024 saniye,

2. Havacılık akustiği: Eser koleksiyonu.-- M .: TsAGI, 1978 .-- 67s. ; 25cm -- (TsAGI.Proceedings; Sayı 1902).-- 70k.

3. Havacılık akustiği: Eser koleksiyonu.-- M.: TsAGI, 1979.-- 100 s. ; 26 bkz -- (TsAGI. Proceedings; Sayı 2000) .-- 1.03

4.Ansys CFX-Solver Modelleme Kılavuzu. 483'ler

Benzer Belgeler

    Kompresör rotorunun doğal frekanslarını ve salınım modlarını belirleme kuralları. Rotor ve çalışma tekerleklerinin hesaplanması. ANSYS sistemindeki temas problemlerini çözme olasılıklarının incelenmesi. Elemanların, garantili bir sızdırmazlık ile mile oturmasının dikkate alınması.

    tez, 07/20/2014 eklendi

    Bir buhar türbininin yaklaşık hesaplama sorunları. Kademe sayısının, çaplarının ve ısıl farkların kademelere dağılımının belirlenmesi. Türbinin gaz-dinamik özelliklerinin hesaplanması, nozul kanat profilinin seçimi, buhar debisinin belirlenmesi.

    dönem ödevi, 11/11/2013 eklendi

    ANSYS yazılım paketinde, silindirik bir sıvı tabakasında lokalize ısıtma nedeniyle oluşan konvektif akışların sayısal çalışmalarının gerçekleştirilmesi. Farklı akış rejimleri için CFX ve FLUENT'teki hesaplamaların ana sonuçlarının karşılaştırılması.

    tez, 27.03.2015 eklendi

    Aerodinamik bölümünün bir parçası olarak uçağın etrafındaki akış. Aerodinamik özellikleri değerlendirmek için bu özelliklerin önemi. Parabolik generatrix ile sivri başlı silindirik bir gövde üzerindeki dipollerin dağılımının hesaplanması.

    kontrol çalışması, 12/10/2009 eklendi

    ANSYS mühendislik paketi kullanılarak dairesel bir yanma odasının gaz dinamik analizi için teknik. Modern endüstride gaz türbini uygulaması. Yanma odalarının çalışmasının ana göstergeleri. Projenin güvenlik ve çevre dostluğunun analizi.

    dönem ödevi, 30.09.2013 tarihinde eklendi

    Havanın yanı sıra yakıt yanma ürünlerinin hacimlerinin ve entalpilerinin hesaplanması. Kazan ünitesinin termal dengesi. Fırında ısı transfer parametrelerinin belirlenmesi. Su ekonomizerini, aerodinamik parametreleri hesaplama prosedürü ve metodolojisi. Termal denge tutarsızlığı.

    dönem ödevi, 06/04/2014 eklendi

    Çok bileşenli faz diyagramlarının hesaplanması için Thermo-Calc programının uygulanması. Politermal kesimlerin hesaplanması (ışınsız ve kiriş). Thermo-Calc programında denge dışı kristalleşmenin Sheil modeline göre belirlenmesi, denge sıvılaşma sıcaklığı.

    test, 01/12/2016 eklendi

    Elektrik devrelerinin hesaplanması için döngü akımları yönteminin uygulanması. Denklemleri derlemek için algoritma, hesaplama prosedürü. Düğüm potansiyelleri yöntemi. Eşdeğer üreteç yöntemi kullanılarak yalnızca bir koldaki akımın belirlenmesi. Bir devreyi alt devrelere bölme.

    sunum, 10/16/2013 eklendi

    RES tasarımlarındaki ana fiziksel alan türleri. ANSYS CAD'de bir entegre devrenin termal alanının modellenmesi. Entegre devrenin elektromanyetik alan alanının modellenmesi, baskılı devre düzeneğinin eğilme titreşimleri. Yüksek doğruluk ve modelleme hızı.

    eğitim kılavuzu, 20.10.2013 tarihinde eklendi

    Olasılık özelliklerinin tahminlerinin hesaplanması. Üç uçlu sistemlerin güvenilirlik özelliklerini hesaplamak için otomasyon araçlarının oluşturulması. Pascal ortamında, işleyiş güvenilirliği olasılığının hesaplanmasına izin veren bir programın oluşturulması ve uygulanması.

ANSYS CFX yazılım paketinde sonik patlamanın sayısal simülasyonu

Teknik Bilimler Adayı, TsAGI im. prof. OLUMSUZ. Zhukovski.

Teknik Bilimler Adayı, TsAGI Bölüm Başkanı. prof. OLUMSUZ. Zhukovski.

Makale, süpersonik bir yolcu uçağı tarafından indüklenen yerdeki sonik patlamayı hesaplamak için bir yöntemi araştırıyor. ANSYS CFX yazılım paketi kullanılarak elde edilen sonuçlar deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. ANSYS CFX endüstriyel kodunun operasyonel kullanımı için, yazılım arayüzüne organik olarak dahil edilen ve sonik patlamayı hesaplama prosedürünü büyük ölçüde basitleştiren bir makro geliştirilmiştir.

Süpersonik yolcu uçağı tasarımcılarının çözmesi gereken ana görevlerden biri, süpersonik uçuşa kaçınılmaz olarak eşlik eden sonik patlama dalgasının yoğunluğunu en aza indirmektir. Azaltılmış ses patlaması yoğunluğuna sahip süpersonik bir uçak tasarlamanın temeli, belirli bir uçuş modu (irtifa, hız) ve uçağın geometrik parametreleri için yerdeki ses dalgası diyagramının doğrudan hesaplanmasıdır.

Sonik patlama hesaplama yöntemi, iki sorunun çözümünü içerir: uçak düzenine yakın yakın alanı belirleme sorunu ve atmosferdeki ses dalgasının Dünya yüzeyine yayılması sorunu. Akış problemini çözmek için, aerodinamik gövdenin şekli, akış rejimleri (ayrık veya ses altı bölgeler) üzerindeki herhangi bir kısıtlamayı kaldıran ve gerçek bir motorun çalışmasını simüle etmeye izin veren en doğru denklemleri kullanma olasılığını dikkate almak ilgi çekicidir. Bu çalışmanın temel amacı, Reynolds ortalamalı Navier-Stokes denklemlerinin çözümüne dayalı olarak bir sonik patlamayı hesaplamak için bir yöntem geliştirmektir. Reynolds ortalamalı Navier-Stokes denklemlerinin çözümünü uygulayan bir sistem olarak, bir sonik patlamanın hesaplanmasına uyarlanmış ve test örnekleri üzerinde test edilmiş olan ANSYS CFX yazılım paketi (TsAGI lisans sözleşmesi No. 501024) kullanılmıştır.

Navier-Stokes denklemlerinin paralel hesaplama ilkelerine dayanan modern yazılım sistemleri, karmaşık bir modüler yapıya sahiptir ve ana karar modülüne ek olarak, gaz akışı üzerinde etkili bir şekilde hesaplamalı deneyler yapmanıza izin veren bir dizi yazılım aracı içerir. veya karmaşık konfigürasyondaki bir gövdenin etrafındaki sıvı. ANSYS CFX ve ANSYS Fluent gibi modern CFD yazılım sistemlerinin temel çalışma ilkeleri Şekil 1'de gösterilmektedir. 1.


uçak

Bir ses patlamasını hesaplarken, yani süpersonik hızda uçan bir uçağın Dünya yüzeyinde yarattığı bozulmaları belirlerken, üç boyutlu akış alanı iki bölgeye ayrılabilir:

  • karakteristik boyuta sahip bölge 1 R vücut uzunluğu sırası L(r~L);
  • siparişin karakteristik boyutuna sahip bölge 2 R uçuş yüksekliği H (R~H).

Genellikle H>>L(Örneğin, uçağın yüksekliği 15.000 m ve uçağın uzunluğu 50 m ise, o zaman H/L=300).

Açıklanan formülasyonda, iki problem çözülmelidir: bunlardan biri, üç boyutlu bir akışta ilk verileri üretir ve ikincisi, bozulmanın vücuttan Dünya yüzeyine yayılmasını hesaplar.

İlk aşamada, uçak düzeni etrafındaki akışı hesaplamak ve etrafındaki akış parametrelerini bulmak gerekir (Şekil 2). Yüzey S1 bozulmuş ve bozulmamış akışın (Mach konisi) sınırı, düzlem Ö2, gelen akışın hızına paralel olarak vücudun altında bulunur, ancak ona dokunmaz. yüzeyleri S3 Ve S4 segmentten çıkan ters Mach konilerinin zarfları tarafından belirlenir. AB.

Özellikle ANSYS CFX yazılım paketi için, metodolojiye dayalı olarak, yakın alan hesaplama verilerine göre yerdeki sonik patlama diyagramını hesaplamanıza izin veren bir makro geliştirilmiştir (Şekil 3). Makro, CFX-Post işlemciye entegre edilmiştir.


ANSYS CFX ortamında

Uçağın düzeni etrafındaki akış sorunu çözüldükten sonra, sonik patlamanın yoğunluğunu hesaplamak için her şeyden önce, CFX son işlemcisinde karşıdan gelen akışa paralel bir düzlem oluşturmak gerekir. ona yakın olan ancak dokunmayan uçak (Şek. 4). Resimdeki bu uçak 2 uçağa karşılık gelir Ö2. Yerdeki sonik patlamayı belirlemek için bu yöntemin uygulanması, uçaktaki basınç dağılımının doğru bir şekilde hesaplanmasını gerektirir. Ö2. Bu, hesaplamalı ızgaranın kalitesine yüksek talepler getirir. Hazırlanırken uçak (LA) ile uçak arasındaki bölgede lokal taşlama yapılması gerekmektedir. Ö2.

Makronun çalışması için aşağıdaki parametreleri ayarlamanız gerekir:

  • Giriş Bölgesi — akışın hesaplama bölgesine girdiği sınır yüzeyi;
  • Zhilin Uçağı - uçak Ö2;
  • Simetri - tam modelin (dolu) veya simetrik yarısının (yarım) kullanıldığını belirleyen bir parametre;
  • Uçuş irtifası — uçak uçuş irtifası;
  • Gövde uzunluğu, uçağın karakteristik uzunluğudur;
  • X adım sayısı - uzunlamasına eksen boyunca adım sayısı;
  • Yükseklik adım sayısı - yükseklikteki adım sayısı.

Son iki parametre uzay ayrıklaştırma derecesini belirler. Varsayılan değerler (sırasıyla 500 ve 2000), yeterince yüksek doğruluk derecesine sahip bir çözüm elde etmeyi mümkün kılar. Boyuna eksen boyunca adım sayısını artırmak, büyük miktarda RAM gerektirir ve program hatalarına yol açabilir.

Pirinç. 5. Tu-144 uçağı: a - arkadan görünüm; b - mevcut satırlar
hesaplama modelinin yüzeyinde ve meme jetlerinin şeklinde

MIPT yüksek lisans öğrencisi Cho Kyu Chul, Ty-144 uçağı için bir dizi test hesaplaması yaptı (Şekil 5). A). Hesaplamalar CFX yazılım paketi ve geliştirilen makro kullanılarak yapılmıştır. Tu-144 santralini modellerken, motor jetlerinin uçak bozulma alanı üzerindeki etkisini de hesaba katmak gerekir. Ö2 ve bir sonik patlama diyagramı. Şek. 6 A bu çalışmada kullanılan santralin şeklini ve konumunu göstermektedir. Meme açıklığının yönü ve açısı, şekil 2'de gösterilmiştir. 6 B. jet yönü θcd hücum açısı ve meme açısı ile değişir ( θc) optimal değere eşit olduğu varsayılır — 10 .


a - jet akış şeması; b - meme

Pirinç. Şekil 7. Motor jetinin Tu-144 uçağı sonik bom diyagramı üzerindeki etkisi: a - N şeklindeki dalgadaki aşırı basınç diyagramı, b - deneydeki ikinci tepe noktası

Hesaplama sonuçları, deneysel verilerle karşılaştırmalı olarak Şekil 2'de gösterilmektedir. 7. Motor jetlerinin hesaplanması, aşırı basınç diyagramında ikinci tepe noktasını oluşturur (Şekil 7) A). Deneyde, Tu-144 uçağının ses dalgasının aşırı basınç diyagramı da daha yoğun olan ikinci bir tepe noktasına sahiptir (Şekil 7). B), deney sırasında kaydedilmemiş meme çıkış açılarında çalışan meme jetlerinin etkisinin sonucu olabilir. Pirinç. 5 B jet akışının tasarım parametrelerinde çalışan motorlarla Tu-144 uçağının etrafındaki akışın doğasını göstermektedir.

Navier-Stokes denklemleri kullanılarak yakın alan belirleme aracı olarak alınan bu endüstriyel kodun algoritmasına organik olarak dahil edilen ve ANSYS CFX'in herhangi bir sürümüne uygulanabilen oluşturulan makro, yakın alanı hesaplamak için etkili bir prosedür geliştirmemizi sağladı. yerde sonik patlama.

Edebiyat

  1. Zhilin Yu.L., Kovalenko V.V. Sonik patlama probleminde yakın ve uzak alanların birleştirilmesi üzerine // Uchenye zapiski TsAGI, cilt XXIX. 1998. No. 3 ve 4. C. 111-122.
  2. Menter F.R., Galpin P.F., Esch T.,
    Kuntz M., Berner C. Basınca Dayalı Bir Yöntemle Aerodinamik Akışların CFD Simülasyonları // Kağıt ICAS 2004-2.4.1. Japonya, Yokohama, 2004. 11 s.
  3. Vozhdaev V.V., Kovalenko V.V., Teperin L.L., Chernyshev S.L. Süpersonik bir yolcu uçağının düzeninin incelenmesinde yerdeki bir sonik patlamanın yoğunluğunu belirleme yöntemi // Uçuş. 2013. Sayı 10. C. 17-27.
  4. Zavershnev Yu.A., Rodnov A.V. Ses patlamasında birinci nesil süpersonik yolcu uçağının uçuş testleri // Uluslararası Bilimsel ve Teknik Konferans "Havacılık Biliminin Yeni Sınırları" ASTEC'07, Moskova, 19-22 Ağustos 2007

COMSOL Multiphysics ® Çekirdek Platformunu Akustik Modülü ile genişleterek, COMSOL ® yazılım paketinin yeteneklerini genişleten özel akustik ve titreşim analiz yöntemlerine erişim elde edersiniz.

Akustik modülü, aşağıdaki görevleri modellemek için araçlar içerir:

  • Emiciler ve amortisörler
  • akustik maskeleme
  • ses radyasyonu
  • Akustik akımlar
  • mikrofonlar
  • Mobil cihazlar
  • Oda ve yapıların salınım biçimleri
  • susturucular
  • Biyolojik akustiğin görevleri
  • Vücut akustik dalgaları (BAW)
  • Konser salonlarının akustiği
  • konveksiyon akustiği
  • yanma kararsızlığı
  • Coriolis akış ölçerler
  • Araç içi akustiği
  • Difüzörler
  • Elektroakustik dönüştürücüler
  • akış metre
  • Akışkan akışından kaynaklanan gürültü
  • Akışkan ve Yapının Frekans Alanındaki Etkileşimi
  • İşitme Cihazları
  • Darbe özellikleri
  • Jet motoru gürültüsü
  • hoparlörler
  • Mikroelektromekanik akustik sensörler
  • Mikroelektromekanik mikrofonlar
  • Müzik Enstrümanları
  • Mekanik ekipmandan kaynaklanan gürültü ve titreşim
  • Ses emici malzemeler ve ses yalıtımı
  • Tahribatsız muayene ve muayene (NDT)
  • Petrol ve gaz arama
  • Piezoakustik dönüştürücüler
  • Jet ve absorpsiyon susturucuları
  • Odaların ve binaların akustiği
  • Yayıcılar
  • Sensörler ve alıcılar
  • Sonar cihazları (sonarlar)
  • Yüzey akustik dalgaları (SAW)
  • ses yalıtımı
  • Vibroakustik
  • Bas ve subwoofer'lar ve subwoofer'lar
  • ultrason
  • ultrasonik akış ölçerler
  • Sualtı akustiği (hidroakustik)

Devamını oku

Az oku

Multifiziksel bağlantılar

Doğrudan Akustik modülünde mevcuttur:

  • Katı yapılarda (ASI) akustik dalgaların ve titreşimlerin etkileşimi
  • Piezoelektrik malzemelerde ASI
  • Akustik ve poroelastik dalgaların etkileşimi
  • Katı yapılarda poroelastik dalgaların ve titreşimlerin etkileşimi
  • FEM ve BEM (FEM ve BEM) temelinde açıklanan akustik bölgelerin bağlanması
  • Skaler ve Termoviskoz Akustik Temelinde Açıklanan Akustik Bölgeleri Bağlama
  • Katı Yapılardaki Termal ve Viskoz Kayıpları ve Titreşimleri Hesaplayan Akustik Dalgaların Etkileşimi (Termoviskoz ASI)
  • Arka plan akışlarını (aeroakustik) ve katı yapılardaki titreşimleri (Aero ASI) hesaba katan akustik dalgaların etkileşimi

İsteğe bağlı genişletme modülleriyle birlikte sunulur:

  • Akustik dalgaların ve titreşimlerin katı kabuklardaki etkileşimi
  • Katı kabuklardaki termal ve viskoz kayıpları ve salınımları ve titreşimleri hesaba katarak akustik dalgaların etkileşimi
  • Boru sistemlerinde ses yayılımı
  • Toplu modellere göre dönüştürücülerin elektriksel özelliklerinin ayarlanması
  • Akustik dönüştürücülerde mıknatısların, bobinlerin ve yumuşak çeliklerin elektrodinamik özelliklerinin ayarlanması
  • Aeroakustikte ortalama arka plan akışının muhasebeleştirilmesi
  • Katı Kabuklarda Poroakustik Dalgaların ve Salınımların Etkileşimi

Sunulan modelde, oda özmodları araştırılmıştır. Odanın tasarımında kullanılan malzemelerin ses emme özelliklerini simüle ederek, dış sınırlarda karmaşık empedans koşulları ayarlandı.

Ön paneldeki küçük bir hoparlör tarafından üretilen, bir araba kabinindeki ses basıncı seviyelerinin dağılımı. Model, Skaler Akustik arayüzünde toplanır ve iç kaplama, halılar, plastik yüzeyler ve koltuklar için karmaşık empedans açıklamasının örneklerini içerir.

Bir dizi Tonpilz tipi dönüştürücüden bir hidroakustik sonar tasarlamak. Model, yayıcıların piezoelektrik malzemesindeki elastik titreşimlerin ve sudaki akustik dalgaların etkileşimini hesaba katmak için çok fiziksel ilişkileri kullanırken, skaler akustik sınır eleman yöntemine göre hesaplanır. Model, yansıtılan sonarın mekanik özelliklerini ve radyasyon modelini hesaplamayı ve görselleştirmeyi kolaylaştırır.

Klasik bir beş vitesli senkronize şanzımandaki titreşimleri ve çevrede oluşan gürültüyü hesaplamak için model. Çok gövdeli dinamiklerin durağan olmayan bir çalışması, belirli bir motor devrinde ve belirli bir harici yük ile şanzıman titreşimlerini hesaplamayı mümkün kılar. Akustik analiz, ses basıncı seviyesinin hem yakın hem de uzak bölgelerdeki dağılımının bir resmini elde etmenizi sağlar.

Ses dalgalarının saçılması, kırılması, yayılması ve yayılması gibi klasik akustik olayları modellemek için pakette "skaler akustik" grubundan bir dizi arayüz mevcuttur. Frekans alanındaki problemler için Helmholtz denklemi, zaman alanındaki problemler için klasik skaler dalga denklemi kullanılır.

Sınırlardaki etkileri tanımlamak için geniş bir sınır koşulları seti geliştirilmiştir ve kullanıma hazırdır. Örneğin, bir duvar yansımasını tanımlayan bir sınır koşulu veya gözenekli bir katman için bir empedans koşulu ekleyebilirsiniz. Örneğin akustik ivmeyi, hızı, yer değiştirmeyi veya basıncı ayarlamak için iç ve dış sınırlara radyasyon kaynakları eklenebilir. Ek olarak, açık veya periyodik sınırları tanımlamak için radyasyon koşullarını (Sommerfeld tipi) veya Floquet tipi periyodik sınır koşullarını kullanabilirsiniz.

"Skaler Akustik" grubunun fiziksel arayüzleri, örneğin gözenekli malzemeler gibi karmaşık ortamlarda ses yayılımını simüle etmeyi mümkün kılar. Gözenekli ve lifli malzemelerdeki kayıpları hesaplamak için birkaç ortalama modelden biri kullanılabilir, örneğin Delaney-Bazley modeli veya Johnson-Champoo-Allard modeli. Sabit kesitli dar dalga kılavuzlarında rijit duvarlarla sınırdaki dar bölgelerdeki termal ve viskoz kayıpların muhasebesi, eşdeğer Dar Bölge Akustik modeli kullanılarak uygulanabilir.

Açık sınır modellerindeki dış alanları hem yakın hem de uzak alanlarda da hesaplayabilir ve görselleştirebilirsiniz. Kutup çizimleri ve radyasyon modelleri, uzaysal hassasiyeti ve uzaysal tepkileri görselleştirmeye yardımcı olur.

Skaler Akustik grubunun arayüzleri:

  • Basınç Akustiği, Frekans Alanı(Skaler akustik, frekans alanı)
  • Sınır koşullarının çeşitli mühendislik formülasyonlarını ve sıvıların malzeme modellerini dikkate alarak Helmholtz denklemi tarafından tanımlanan sorunları çözmek için tasarlanmıştır.
  • Sistem akustik modlarını ve dalga formlarını hesaplamak için mevcut doğal frekans analizi
  • Uzayda keyfi şekle sahip akustik sinyallerin yayılmasının dinamiklerini incelemek için tasarlanmıştır
  • Sınır Modu Akustiği(Sınır modlarının akustiği)
  • Dalga kılavuzlarında ve kanallarda yayılma ve sönümleme modlarının hesaplanması
  • Basınç Akustiği, Sınır Elemanı
  • Radyasyon ve saçılma problemlerinin sınır eleman yöntemine dayalı verimli çözümü
  • Sonlu elemanlar yöntemine dayalı arabirimlerle birleştirir, örneğin katılarda ve yapılarda titreşimleri tanımlar, dahil. piezoelektrik malzemeler
  • Basınç Akustiği, Zaman Açık(Skaler akustik, açık zaman alanı çözücü
  • Odalardaki durağan olmayan ses yayılımını hesaplamak ve büyük saçılma problemlerini verimli bir şekilde (bilgi işlem kaynakları açısından) modellemek için süreksiz Galerkin yöntemini kullanır.

Kullanım alanları:

  • Susturucular ve ses emiciler
  • hoparlörler
  • Ekipmandan gürültü emisyonu
  • Araç içi akustiği
  • Odaların ve bina yapılarının salınım biçimleri
  • Susturucular ve difüzörler
  • saçılma sorunları

Duvarlar boyunca gözenekli ses emici malzemeye sahip bir susturucunun akustik özelliklerinin hesaplanması. Harmonik analiz, sistem kayıplarını hesaba katar. Resim, enerji akışını (yoğunluk) ve cihazın içindeki basınç genliği için görselleştirilmiş eş yüzeyleri gösterir.

Akustik olarak sonsuz sert bir düzlem üzerine yerleştirilmiş, bas refleks mahfazasına sahip hoparlör. Bu radyasyon problemi, hibrit bir FEM-BEM yaklaşımı kullanılarak modellenmiştir: hoparlör, sonlu elemanlar yöntemine dayalı olarak açıklanan kabuklar kullanılarak yeniden oluşturulur, iç bölgelerin akustiği de sonlu elemanlar yöntemiyle modellenir ve dış alan ve radyasyon modellenir. sınır eleman yöntemiyle. 3000 Hz frekanstaki ses basıncı seviyesinin dağılımı gösterilmiştir.

Akustik modülünü kullanarak, belirli bir cihaz veya yapıda akustik ve yapısal mekaniğin etkileşimini simüle edebilirsiniz. Hazır arabirimler, vibroakustik efektleri keşfetmenize ve sıvı veya gaz (sıvı) ile katı yapı alanlarını otomatik olarak bağlamanıza olanak tanır. Arayüz katı mekanik(Katıların Mekaniği), katı cisimlerin dinamiklerini tanımlamak, katılarda enine ve boyuna dalgaların yayılmasını ve elastik titreşimleri modellemek için tam formülasyonlar kullanır. Ayrı arayüz Poroelastik Dalgalar(Poroelastik Dalgalar), Biot denklemlerine dayalı olarak gözenekli malzemelerde elastik ve uzunlamasına dalgaların birleşik yayılımını modeller.

Çoklu fizik ilişkileri, gerçek cihazların hesaplanması ve tasarımı için gözenekli bölgelerin, katı bölgelerin, piezoelektrik malzemelerin ve sıvı dolu bölgelerin tek bir modelde birleştirilmesini kolaylaştırır. Katı yapıların harmonik ve rezonans özellikleri, ön gerilimler ve akışkan akustiği ile iki yönlü bağlantı dikkate alınarak hesaplanabilir.

Kullanım alanları:

  • Susturucuların çalışmasına mekanik titreşimlerin etkisi
  • Hoparlör bileşenleri
    • Hoparlör Muhafazaları
    • Hoparlörler ve diğer yayıcılar
  • mekanik ekipman
  • Vibroakustik
  • kulaklıklar
  • Yapı malzemelerinde ses yalıtımı ve ses iletimi
  • Piezoelektrik dönüştürücüler
    • ultrasonik dönüştürücüler
    • Lineer radyatör ızgaraları
    • Hidroakustik dönüştürücüler (Sonarlar)
    • Sonar dizileri
  • Gözenekli malzemelerin ve poroelastik dalgaların detaylı modellemesi (Biot teorisi)
  • Geri bildirim görevleri

Bir faz invertöründe bir hoparlörün çalışmasının harmonik analizi, eksenel ve uzamsal hassasiyeti belirlemenizi sağlar. Bu modelde, tek bir hesaplama çerçevesinde, mekanik kabuk ve skaler akustiğin hesaplanması, önceden yapılandırılmış bir çoklu fizik bağlantısı kullanılarak birleştirilir.

Tonpilz tipi bir dönüştürücünün frekans tepkisini inceleyerek, bu cihazın tüm temel akustik ve mekanik özelliklerini belirlemek ve belirlemek mümkündür: cihazdaki deformasyonlar ve gerilimler, yayılan akustik sinyal, ses basıncı seviyesi, uzak alan radyasyon modeli , gerilim transfer katsayısı ve ses ışını yönlülüğü .

COMSOL ® yazılım paketinde uygulanan geometrik akustik ilkelerini kullanarak, ses dalga boyunun karakteristik geometrik boyutlarından çok daha küçük olduğu yüksek frekanslı sistemleri incelemek mümkündür. Bu işlevsellik, araba içlerinin, odaların ve konser salonları gibi binaların akustik analizinin yanı sıra sesin su altında ve atmosferde yayılmasını modellemek için kullanışlıdır.

Kullanım alanları:

  • oda akustiği
  • Konser salonlarının akustiği
  • Sualtı hidroakustiği
  • Araç içi akustiği
  • Açık alanlarda sesin yayılması
  • atmosferik akustik

Arayüzü kullanarak küçük bir konser salonunun akustiğini hesaplamak için model Işın Akustiği(Geometrik akustik). Salonun sınırlarında, frekansın bir fonksiyonu olarak absorpsiyon özellikleri ve saçılma özellikleri belirtilmektedir. Son işlemedeki özel bir seçeneğe dayalı olarak, bir dürtü yanıtı elde edilir.

Arayüz Akustik Difüzyon Denklemi iki katlı bir binada bulunan belirli bir ses kaynağı için ses basıncı seviyesinin (veya akustik enerji yoğunluğunun) sabit durum dağılımını bulmanızı sağlar. Özdeğer çözücü, binanın her odasındaki yankılanma sürelerini hesaplamanıza olanak tanır. Enerji bozunma eğrileri, durağan olmayan bir çalışma kullanılarak bulunabilir.

Akustik modülünde uygulanan iki aşamalı yaklaşımla hesaplamalı aeroakustik (CAA) problemlerini verimli bir şekilde çözebilirsiniz. İlk aşamada, CFD modülünün araçları kullanılarak arka plandaki ortalama akış hesaplanır veya akış profili kullanıcı tarafından manuel olarak ayarlanır; İkinci aşamada, ses yayılımı sorunu çözülür. Bu yaklaşım aynı zamanda konveksiyon akustiği veya akış gürültüsü modellemesi olarak da adlandırılır.

Aşağıdaki kararlı sonlu eleman formülasyonları vardır:

  • Doğrusallaştırılmış Navier-Stokes (Doğrusallaştırılmış Navier-Stokes denklemleri)
  • Doğrusallaştırılmış Euler (Doğrusallaştırılmış Euler denklemleri)
  • Doğrusallaştırılmış potansiyel akış

Bu formülasyonlar doğal olarak akıştaki sesin yayılmasını, akıştaki akustik dalgaların konveksiyonunu, zayıflamasını, yansımasını ve kırınmasını hesaba katar. Katı elastik yapıların analizi için arayüzlerle önceden konfigüre edilmiş ilişkileri kullanarak frekans alanındaki akışkan-yapı etkileşimlerinin FSI analizini yapmak da mümkündür.

Kullanım alanları:

  • Jet motoru gürültüsü
  • Susturucular, dahil. arka plan iş parçacığı ile
  • akış metre
  • Coriolis akış ölçerler
  • Akış varlığında titreşim önleyici ekranların, ses emici ve delikli yapıların analizi
  • yanma kararsızlığı

Helmholtz rezonatörün akustik analizi ve arayüzü kullanan modeldeki ortalama akışın etkisi Doğrusallaştırılmış Navier-Stokes, Frekans Alanı(Doğrusallaştırılmış Navier-Stokes denklemleri, frekans alanı). Modelde, rezonatörün akustik özellikleri hesaplanırken akıştaki konvektif etkiler ve türbülansın neden olduğu zayıflama dikkate alınmıştır.

Bir uçak turbofan motorundaki eksenel simetrik bir giriş odasının sınırda bir gürültü kaynağı tarafından oluşturulan akustik alanı modellenmiştir. Simülasyon sonuçları, sıkıştırılabilir dönüşsüz arka plan akışının dikkate alındığı ve onsuz olduğu ve sert duvarlar ve ses emici kaplamalı duvarların dikkate alındığı durumlar için elde edilmiştir.

Küçük geometrilerde ses yayılımının doğru bir analizi için, viskozite ve termal iletkenlik ile ilişkili kayıpların, özellikle de viskoz ve termal akustik sınır katmanlarındaki kayıpların hesaba katılması gerekir. Bu etkiler "Termoviskoz akustik" grubunun arayüzleri tarafından çözülen denklemlerde otomatik olarak dikkate alınır.

Bu arayüzler, minyatür elektroakustik dönüştürücülerdeki vibroakustik modelleri hesaplamak için çok uygundur: mikrofonlar, mobil cihazlar, işitme cihazları ve mikroelektromekanik cihazlar. Dönüştürücülerin ayrıntılı modellemesi için, termoviskoz akustik terimleriyle açıklanan, katı yapılar ve sıvı bölgeleri arasındaki dahili çoklu fizik bağlantılarını kullanabilirsiniz.

Arayüz aynı zamanda örneğin düşük frekanslarda adyabatikten izotermal hale geçiş gibi ek etkileri de hesaba katar. Ayrı bir arabirim, dar dalga kılavuzları ve kanallar için yayılan ve kaybolan modların hesaplanmasına ve algılanmasına olanak tanır.

Kullanım alanları:

  • Mobil cihazlar
  • Minyatür dönüştürücüler
  • Mikroelektromekanik Sistemler
  • İşitme Cihazları
  • mikrofonlar
  • Delikli malzemeler ve plakalar

Standartlaştırılmış ölçümlerle Knowles ED23146 dengeli armatür alıcısının transfer yanıtı. Bu minyatür hoparlör için simülasyon sonuçları, sistemdeki akustik kayıplar dikkate alındığında, Knowles'ın ampirik verileriyle çok daha iyi uyum içindedir.

Grup Arayüzleri ultrason(Ultrason), dalga boyuna kıyasla ses dalgalarının büyük mesafelerde durağan olmayan yayılımını hesaplamanıza olanak tanır. İnsan kulağının duyamayacağı frekanstaki akustik dalgalara ultrason denir. Ultrasonik dalgaların uzunluğu nispeten kısadır.

Arayüz Konveksiyonlu Dalga Denklemi, Zaman Açık(Konveksiyon Dalga Denklemi, Açık Çözücü), geniş bir salınım yelpazesini ve durağan bir arka plan akışını hesaba katarak, zaman alanındaki büyük doğrusal akustik sorunları sayısal olarak araştırmanıza olanak tanır. Arabirimler, isteğe bağlı kaynaklara ve zamana bağlı alanlara sahip durağan olmayan modeller için idealdir.

Arayüzün formülasyonu ve hesaplama şeması, süreksiz Galerkin yöntemine dayalıdır ve az miktarda bellek gerektiren açık bir çözücü (zamana açık çözücü) kullanır.

Kullanım alanları:

  • ultrasonik akış ölçerler
  • Ultrasonik uçuş süresi sensörleri
  • Akışkan Akışı Varlığında Ses Sinyallerinin Durağan Olmayan Yayılımı

Akustik modülünde bulunan ana işlevler ve özellikler.

Akustik modülünün temel işlevleri ve avantajları aşağıda sistematize edilmiş ve açıklanmıştır.

Sezgisel modelleme süreci

İster tek başına Akustik Modülü, ister COMSOL ailesinden farklı ürünlerin bir kombinasyonunu kullanın, COMSOL ® yazılım paketindeki modelleme süreci her zaman çok yönlü, mantıklı ve basittir. Tipik bir modelleme süreci birkaç adımdan oluşur:

  • geometrinin inşası
  • Malzeme seçimi
  • Doğru Fiziksel Arayüzü Seçmek
  • Sınır ve başlangıç ​​koşullarını belirleme
  • Sonlu eleman ağının oluşturulması, dahil. otomatik
  • Fiziksel modelin hesaplanması
  • Sonuçların görselleştirilmesi

Diğer yazılım platformları ile entegrasyon

Modelinizde tablo verilerini kullanmak veya üçüncü taraf bir CAD sisteminden karmaşık geometri eklemek isteyip istemediğinize göre, sizin için bir entegrasyon modülü vardır. LiveLink™ ürünleriyle, COMSOL Multiphysics ® yazılım paketini MATLAB ® yazılımı, Microsoft ® Excel ® elektronik tabloları, Inventor ® ve çok daha fazlası gibi birçok üçüncü taraf araçla entegre edebilirsiniz.

Kullanılan sayısal yöntemler ve mevcut çalışma türleri

COMSOL ® yazılım paketi, hesaplamalar için esnek ve verimli çözücüler ve yöntemler kullanır. Akustik problemler için tipik olan frekanslar birkaç on yılı kapsar. Hesaplamaların hesaplama karmaşıklığı büyük ölçüde akustik problemin formülasyonuna bağlı olabilir. Bu nedenle, bu alandaki tüm problemler için belirli bir yöntem veya sayısal yöntem kesinlikle uygun değildir.

Akustik modülü dört farklı sayısal yöntem içerir: Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM), Sınır Elemanları Yöntemi (BEM), Ray izleme ve Süreksiz Galerkin Sonlu Eleman Yöntemi (dG-FEM). Çeşitli türdeki etütler, sayısal yöntemler kümesini tamamlar ve gerekli tüm analiz türlerini gerçekleştirmenize olanak tanır. Modül, özellikle frekans alanında (frekans alanı), doğal frekanslar ve modlar (eigenfrekans ve eigenmodlar) ile ilgili çalışmaları ve ayrıca zaman alanında (zaman alanı) durağan olmayan çalışmaları içerir. Özel yinelemeli yöntemler, farklı yaklaşımları tek bir problemde birleştirerek milyonlarca serbestlik dereceli çoklu fizik modellerinin çözülmesine olanak tanır.

Akustik modülü, aşağıdaki yöntemlere dayalı formülasyonları içerir:

  • Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM - FEM)
  • Yüksek dereceli elemanlara dayalı ayrıklaştırmanın mevcut olduğu en yaygın ve çok yönlü yöntem
  • Frekans alanı ve zaman alanındaki hesaplamalar için formülasyonlar (örtük çözücülere dayalı)
  • Sınır Elemanı Yöntemi (BEM)
  • Orijinal denklemlerin integral formülasyonu, ızgaranın yalnızca yüzeylere ve sınırlara ayarlanmasını gerektirir
  • Akustik alanlar ve yapılar (katılar, kabuklar ve membranlar) için FEM tabanlı hesaplamalarla iki yönlü bağlantı mevcuttur
  • Süreksiz Galerkin Sonlu Elemanlar Yöntemi (dG-FEM)
  • Açık çözücülere dayalı süreksiz Galerkin yöntemi
  • Milyonlarca serbestlik derecesine sahip büyük modellerin durağan olmayan hesaplaması için yoğun bellek yöntemi
  • Işın yöntemleri (Işın izleme)
  • Su altında veya bir odada sesin yayılması sorunu gibi yüksek frekanslardaki akustik sorunları çözmek için tasarlanmıştır.

Akustik modülünde aşağıdaki çalışma türleri mevcuttur:

  • Frekans alanı araştırması
  • Belirli bir frekans aralığında akustik yanıtı ve akustik özellikleri hesaplar
  • Zaman Alanında Durağan Olmayan Çalışma
  • TOF hesaplamaları
  • Uzayda son akustik darbelerin yayılması/büyümesi/yayılması
  • Geniş bant akustik sinyallerin analizi
  • Doğrusal Olmayan Olayların Modellenmesi
  • Doğal frekanslar için çalışma
  • Kapalı alanların ve yapıların modlarının ve rezonans frekanslarının hesaplanması
  • Kalite faktörü ve kayıp faktörünün hesaplanması
  • Modal Analiz
  • Dalga kılavuzlarında ve kanallarda yayılma ve sönümleme modlarının hesaplanması ve tespiti

Akustik kayıp

Akustik kayıplar modelde kolayca hesaba katılabilir. Bu, örneğin arayüzü kullanarak Biot teorisini kullanarak gözenekli ve lifli malzemeleri modellemenizi sağlar. Poroelastik Dalgalar(Poroelastik dalgalar). Ek olarak, skaler akustik için arayüzdeki gözenekli bölgeler, tipteki eşdeğer malzeme modelleri kullanılarak modellenebilir. Porakustik(porakustik). Delaney - Basley (Delany-Bazley), Miki (Miki) ve Johnson - Shampoo - Allara'nın (Johnson-Champoux-Allard) son modelleri arasında. Klasik analitik formüller veya özel ifadeler dahil olmak üzere modelde sönümlemeyi hesaba katmak da mümkündür. ampirik verilere dayanmaktadır.

Arayüz kullanılarak termal ve viskoz kayıpları hesaba katan detaylı modeller oluşturulabilir. Termoviskoz Akustik(Termoviskoz akustik). Arayüzde kullanılan formülasyonlar, akustik viskoz ve termal sınır katmanları ile ilişkili ve bunlarda yoğunlaşan tüm fenomenlerin dikkate alınmasını mümkün kılar. Aynı zamanda, titreşimli yapılara sahip yerleşik multifiziksel bağlantılar mevcuttur. Dalga kılavuzlarının ve sabit kesitli diğer yapıların modellerinde, malzeme modelinde uygulanan, sınır tabakasındaki ortalama kayıpları temel alan basitleştirilmiş bir yaklaşım kullanılabilir. Dar Bölge Akustiği(Dar bölgelerde akustik) skaler akustik için.

Yüksek hız gradyanları, sıcaklık gradyanları veya güçlü türbülansa sahip sıvı akışında yayılan akustik sinyallerin zayıflaması, grup arayüzlerinde ayrıntılı olarak modellenebilir. Doğrusallaştırılmış Navier-Stokes(Doğrusallaştırılmış Navier-Stokes denklemleri). Arka plan akışı, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) modülü kullanılarak hesaplanabilir.

Elektroakustik

Çeşitli dönüştürücüleri modellerken, akustik ve elektrodinamik efektler arasında iki yönlü iletişim ile çoklu fizik sonlu eleman modelleri oluşturmak için Akustik modülünün ve AC/DC modülünün veya MEMS modülünün işlevselliğini birleştirebilirsiniz. Örneğin, hoparlörlerin mıknatıslarını ve ses bobinlerini veya kapasitif mikrofonlardaki elektrostatik kuvvetleri ayrıntılı olarak modelleyebilirsiniz. Karmaşık elektromekanoakustik transdüserleri modellerken, devre veya mekanik elemanlara dayalı eşdeğer toplu devrelere dayalı basitleştirmeler kullanılabilir. Her iki yaklaşım da tam bir iki yönlü ilişkiye dayanmaktadır.

Uygulanan bazı görevlere örnekler:

  • Mekanik ve elektrodinamik etkileri dikkate alan multifizik hoparlör modelleri
  • Konuşmacılar
  • Dağıtılmış emitör modelleri ve eşdeğer toplu Thiel-Small tipi modellerin kombinasyonu
  • AC/DC modülü ile manyetik bileşenlerin optimizasyonu
  • mikrofonlar
  • MEMS dönüştürücüler

Radyasyon sorunları ve açık alanlar

Akustikte, akustik dalgaların hesaplama alanının dış sınırlarında yansıma olmaksızın serbest (açık) alanda yayılmasını gerektiren problemler vardır. Örneğin, bu, dönüştürücülerin uzamsal duyarlılığının modellenmesi veya sonar uygulamalarında saçılma hesaplamaları için gereklidir. Bir modeldeki yansıtmayan sınırlar, paketimizde bulunan birkaç farklı yöntem ve püf noktası kullanılarak tanımlanabilir. Basit problemler için empedans sınır koşulları veya sınırdaki radyasyon koşulları (Sommerfeld tipi) ile sınırlandırmak mümkündür. Karmaşık radyasyon durumları veya karmaşık çoklu fizik problemleri için, özel ayarlarla yardımcı ek katmanların kullanılması avantajlı olabilir.

İkincisi için, Akustik modülünde çeşitli formülasyonlar mevcuttur:

  • Mükemmel uyumlu katmanlar (PML - mükemmel uyumlu katmanlar), bu teknik, frekans alanındaki pakette bulunan tüm modeller ve arayüzler için uygulanır.
  • Arayüzde bulunan zaman alanı için mükemmel şekilde eşleşen katmanlar (PML - mükemmel şekilde eşleşen katmanlar) Basınç Akustiği, Geçici(Skaler akustik, zaman alanı)
  • Süreksiz Galerkin sonlu elemanlar yöntemine (dG_FEM) dayalı arayüzlerde ve *Linearized Euler, Transient* (Linearized Euler denklemleri, zaman alanı) arayüzünde bulunan sözde emici katmanlar

Çoklu fizik yetenekleri ve hibrit bir FEM-BEM yaklaşımı (sonlu ve sınır eleman yönteminin birleşimi) kullanılarak, arayüzü kullanarak sınır eleman yöntemini kullanarak açık alanlarla ilgili sorunları etkili bir şekilde çözmek mümkündür. Basınç Akustiği, Sınır Elemanı(Skaler akustik, Sınır eleman yöntemi).

Özel denklemlere dayalı modelleme: orijinal denklemleri değiştirin veya özel çoklu fizik kısıtlamaları tanımlayın

Simülasyonunuz üzerinde tam kontrol için, denklem tabanlı modellemeyi kullanarak orijinal denklemleri ve sınır koşullarını doğrudan yazılımın içinden değiştirerek modelleri araştırma ihtiyaçlarınıza göre uyarlayabilirsiniz. Örneğin, Akustik modülünde önceden tanımlanmamış fiziksel olguları hazır arayüzler olarak simüle etmek veya yeni çoklu fizik bağlantıları oluşturmak mümkündür. Malzeme denklemlerini ekleyerek veya değiştirerek doğrusal olmayan etkileri hesaba katmak için malzeme modellerini değiştirebilirsiniz. Fiziksel fenomenleri standart olmayan yöntemlerle de ilişkilendirebilirsiniz. Örneğin, akustik akışları veya ses dalgası girdap oluşumunun doğrusal olmayan etkilerini modellemek için akustik ve hesaplamalı akışkan dinamiği arasında bağlantı kurulabilir.

Ayrıca paketin özel denklem modelleme araçları, kendi hesaplama kodlarınızı sıfırdan programlama ve oluşturma gereksinimini ortadan kaldırarak çok daha fazla esneklik sağlar ve model oluşturmak ve araştırma yapmak için harcanan zamanı azaltır.

Modelleme Uygulamaları: İş Akışını ve İş Arkadaşları ve Müşterilerle Etkileşimi Basitleştirin

Genel olarak sayısal simülasyona ve özel olarak pakete daha az aşina olan diğer meslektaşlarınız için aynı modelleri çalıştırmak ve aynı tür hesaplamaları yapmak zorunda kalmasaydınız, yeni projelere ne kadar zaman ve çaba harcayabileceğinizi bir düşünün. . COMSOL Multiphysics ® yazılım paketinde yerleşik olan Uygulama Oluşturucu ile, yalnızca son kullanıcının istediği sonuçları üretmek için girdi değişikliklerini sınırlayarak ve çıktıyı kontrol ederek simülasyon sürecini basitleştiren COMSOL modellerine dayalı simülasyon uygulamaları oluşturabilirsiniz. Onlarla, iş arkadaşlarınız kendi başlarına tipik hesaplamalar yapabilecekler.

Simulation Uygulamaları arayüzü, giriş parametrelerini veya akustik empedans gibi hesaplanan verileri değiştirmeyi ve tüm modeli yeniden oluşturmaya ve ayarlamaya gerek kalmadan değişikliklerin etkisini izlemeyi kolaylaştırır. Uygulamalarla, kendi araştırmanızı yapma sürecini hızlandırabilirsiniz. Ayrıca, kendi hesaplamalarını yapabilmeleri için uygulamaları iş arkadaşlarınızla paylaşabilir, zamanınızı ve enerjinizi diğer görevler için boşaltabilirsiniz.

Simülasyon uygulamaları oluşturmak ve kullanmak için iş akışı çok basittir:

  • Karmaşık akustik modeliniz için basit bir GUI (uygulama) oluşturun
  • Kullanıcılar tarafından kullanılabilecek istenen giriş ve çıkışları seçerek uygulamayı ihtiyaçlarınıza göre özelleştirin
  • Uygulamaları uzaktan depolamak ve düzenlemek ve iş arkadaşlarınız ve/veya müşterilerinizle paylaşmak için COMSOL Server™ kullanın
  • İş arkadaşlarınız ve/veya müşterileriniz uygulamada belirtilen standart hesaplamaları ve projeleri sizin yardımınız olmadan yapabilecektir.

Simülasyon uygulamalarının işlevselliğini kullanarak, departman veya laboratuvar içindeki meslektaşlarınıza, tüm organizasyona, öğrencilere ve lisansüstü öğrencilerine, müşteri ve müşterilere sayısal hesaplamalara ve tasarıma erişim sağlayabilirsiniz.

Akustik Modülü kullanılarak COMSOL Multiphysics Application Builder'da oluşturulmuş bir akustik yansıma uygulaması.