آشنایی با مدل آکوستیک در فلوئنت (Acoustics Model)

زمان مطالعه: 5 دقیقه

💬 توضیحات:

آیرو آکوستیک شاخه ای از علم آکوستیک است که به بررسی تولید نویز (noise) می پردازد. نویز می تواند از طریق حرکت سیال مغشوش یا از برخورد نیروهای آیرودینامیکی که با سطوح برخورد می کنند، به وجود آید. تولید نویز همچنین می تواند با تغییر تناوبی (periodic) جریان ها در ارتباط باشد. علم آیرو آکوستیک محاسباتی یا (CAA (computational aeroacoustics عبارت است از به کار گیری روش های عددی برای حل معادلات حاکم بر مسائل آیرو آکوستیک.

از آنجا که علم آکوستیک در واقع بررسی موج های فشاری پدید آمده توسط سیال است، می توان این علم را با دینامیک سیالات کاملاً مرتبط دانست. نرم افزار قدرتمند فلوئنت (FLUENT) در راستای پیش بینی نحوه ی انتشار صدا و نویز، ابزاری کار آمد فراهم کرده است. این نرم افزار سه روش را برای محاسبه ی نویز آیرودینامیکی در بر دارد:

۱- روش مستقیم

۲- روش انتگرالی بر اساس شباهت آکوستیکی

۳- مدلهای منبع نویز با پهنای باند بالا

 منبع: cfdiran

برای آموزش مفاهیم آکوستیک و مدلسازی آن در نرم افزار فلوئنت، دوره‌‎‌ی آموزشی شبیه سازی آکوستیک و تولید نویز در فلوئنت در بخش فروشگاه آموزشی را پیشنهاد می‌کنیم.

چگونه میتوان با شبیه­ سازی آکوستیک در نرم ­افزار انسیس فلوئنت صدای پهپادها را کاهش داد؟

این صدای وِزوِز چیست؟ با بیشتر شدن کاربرد پهپادها و هواپیماهای بدون سرنشین در صنایع تجاری، سر و صدایی که این دستگاه­‌ها تولید میکنند بیشتر مورد توجه واقع شده است. شرکت‌­ها در حال استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین برای تحویل دادن بسته‌­های پستی، کاربرد نظامی مانند شناسایی مناطق، خدمات اضطراری، نظارت بر محیط زیست، پوشش رسانه‌ای و موارد دیگر هستند. با افزایش استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین در مناطق شهری و حومه، مهندسان برای تجزیه و تحلیل و کاهش سر و صدای ایجاد شده توسط این دستگاه‌­ها به شبیه‌­سازی روی آورده ‌اند.

 

آشنایی با مدل آکوستیک در فلوئنت (Acoustics Model)- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت
یک مدل هواپیمای بدون سرنشین کوادکوپتر که به عنوان یک نمونه نمایشی ساخته شده است. کوادکوپتر یا کوادروتور نوعی هلیکوپتر با چهار روتور است.

سر و صدای پهپاد تحت تأثیر عوامل زیادی قرار دارد، از جمله :

  • اندازه و نحوه نصب موتور
  • قطر پروانه، شکل و سرعت چرخش آن
  • شکل بدنه‌ی پهپاد
  • محیط کاری پهپاد

شرکت انسیس با ترکیب قدرت شبیه‌­سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و تکنیک­‌های پیشرفته آنالیز صوتی، یک راه حل ساده برای پیش­بینی میدان جریان ناپایدار تولید شده توسط یک پهپاد در حال پرواز و همچنین صداهای آیرودینامیکی تولید شده بواسطه‌ی چرخش پروانه‌­های پهپاد معرفی کرده است. در جدیدترین نسخه منتشر شده از نرم افزار انسیس، یک جریان کاری (workflow) صوتی جدید ارائه شده است که شبیه سازی انجام شده توسط نرم ­افزار انسیس فلوئنت را با Ansys VRXPERIENCE Sound جفت کرده و بواسطه آن مهندسان را قادر میسازد که از تکنیک­‌های پیشرفته تجزیه و تحلیل صوتی برای تجزیه و تحلیل سیگنال‌­های فشار صوتی محاسبه شده توسط نرم‌­افزار فلوئنت، استفاده کنند.

توانایی­‌ها و قابلیت­‌های Ansys VRXPERIENCE Sound عبارتند از :

  • تولید فایل های صوتی (.wav) براساس سیگنال­‌های فشار صدای تولید شده توسط دینامیک سیالات محاسباتی، که به شما امکان گوش دادن به صداهای شبیه­‌سازی شده را میدهد.
  • توانایی استفاده از توابع انتقال صوتی که به شما این امکان را میدهد که سیگنال فشار محاسبه شده در یک مکان را برای دیدن شاخص‌­های صوتی در مکان­‌های دیگر استفاده کنید.

تنظیم شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی برای آیروآکوستیک

آیروآکوستیک شاخه‌­ای از آکوستیک است که تولید نویز را از طریق حرکت آشفته سیال و یا برهم کنش نیروهای آیرودینامیکی با سطح را بررسی میکند. مدل هواپیمای بدون سرنشین کوادکوپتر نشان داده شده در شکل بالا همانطور که اشاره شد به عنوان یک نمونه نمایشی ساخته شده است. هر پروانه با سرعت چرخش ثابت در یک ناحیه با شبکه­‌های لغزان (Sliding mesh) میچرخد، جهت های چرخش از اصل چرخش معکوس که در بیشتر هواپیماهای بدون سرنشین کوادکوپتر تنظیم میشود، پیروی میکند. چرخش معکوس که همچنین به عنوان ضد چرخش هم محور شناخته میشود، روشی است که به موجب آن قسمت‌هایی از یک مکانیزم در جهت مخالف حول یک محور مشترک میچرخند (معمولاً برای به حداقل رساندن اثر گشتاور). برای تجزیه و تحلیل این مدل، فرض بر این بود که این پهپاد در حالت شناور و در ارتفاع ۱۰ متری از یک ناظر قرار دارد.

 

آشنایی با مدل آکوستیک در فلوئنت (Acoustics Model)- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت
شبکه اعمال شده توسط فلوئنت مشینگ برای بررسی دقیق صدای تولید شده توسط پهپاد

 

هندسه پهپاد را به بخش فلوئنت مشینگ منتقل میکنیم تا با استفاده از قابلیت مش موزاییکی، ۱۶ میلیون شبکه شش ضلعی بر روی دامنه محاسباتی اعمال کنیم. مش موزاییکی از جمله قابلیت­‌های جدید نرم ­افزار انسیس میباشد که باعث میشود تعداد شبکه دامنه به طرز قابل توجهی کاهش پیدا کند و علاوه بر این مقدار حافظه لازم برای انجام محاسبات هم کم شود. در مرحله بعدی لازم است که نواحی نزدیک به بدنه پهپاد و پروانه­‌ها، شبکه‌ ریزتر و دقیق­‌تری داشته باشند که این امر با استفاده از قابلیت بدنه­‌های تحت تاثیر (Body influence) میسر شده است. این ویژگی باعث میشود که دقت در حل میدان جریان گذرا در مجاورت پروانه و موتور افزایش پیدا کند.

یک شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی که در آن جریان تراکم ­پذیر، ناپایدار و آشفته میباشد در فلوئنت در نظر گرفته شده است. آشفتگی با استفاده از مدل ترکیبی LES / RANS  برای مشاهده ساختارهای میدان جریان در مجاورت پروانه‌­ها مدلسازی شد. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، برهم­کنش پروانه با بدنه پهپاد و پایه­‌های موتور باعث ایجاد “پالس” های فشار میشود که یکی از عوامل اصلی تولید سر و صدا پهپادها میباشد.

 

آشنایی با مدل آکوستیک در فلوئنت (Acoustics Model)- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت
فشار استاتیک، یک پالس فشار بزرگ را نشان میدهد که اثر نویز را تایید میکند.

از مدل آکوستیکی Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H) استفاده شد و شبکه­‌های نزدیک پروانه­‌ها به عنوان سطوح چشمه تعریف شدند. ۱۰ موقعیت گیرنده مختلف برای تجزیه و تحلیل سر و صدا از مکان‌های مختلف، زیر پهپاد تعریف شد. پس از آنکه حل گذرا انجام شد و این اجازه به سیستم داده شد تا به شرایط ثابتی برسد (با مشاهده نمودار نیروی لیفت متوجه میشویم که دامنه تغییرات نیروی لیفت به شرایط ثابتی رسیده است و از یک حد مشخصی بیشتر یا کمتر نمیشود)، از مدل آکوستیکی مطرح شده در بالا استفاده میشود تا اطلاعات فشار صوتی موجود در صفحات چشمه‌­ جمع ­آوری شود. همانطور که در بالا اشاره شد این صفحات در نزدیکی پروانه­‌های پهپاد تعریف میشوند. از این اطلاعات برای فرآیندهای پس ­پردازشی که در فلوئنت انجام میشود، استفاده خواهد شد.

آنالیز کردن آیرواکوستیک برای پیش­بینی صدای پهپادها

سطح کلی فشار صدا (OASPL) برای هر یک از گیرنده‌­ها در موقعیت خودشان با استفاده از مدل دینامیک سیالات محاسباتی حل شد که در جدول زیر قابل مشاهده است. تفاوت­‌هایی در سطح کلی فشار صدا مشاهده شد که بیان میکند برای ناظری که در زیر پهپاد قرار دارد میزان سر و صدایی که ممکن است بشنود وابسته موقعیتی است که نسبت به پهپاد دارد.

آشنایی با مدل آکوستیک در فلوئنت (Acoustics Model)- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت
سطج کلی فشار صوت در موقعیت‌های مختلف

طرح‌­های طیفی حاصل از تحویل در فلوئنت را میتوان با استفاده از ابزار تجزیه و تحلیل صوتی VRXPERIENCE Sound به فایل­‌های صوتی واقعی تبدیل کرد. علاوه بر این، ابزارهای تجزیه و تحلیل آکوستیکی میتوانند بینشی در مورد تأثیر صداهای پیش­بینی شده بر روی ناظرانی که نزدیک به مسیر پروازی پهپادها میباشند، ارائه دهند. به عنوان مثال، این ابزارها میتوانند تعیین کنند که صدا چقدر “بلند” است و طیف سر و صدایی که توسط یک ناظر در یک موقعیت مشخص شنیده میشود چقدر “زننده” است.

 

برای آموزش مفاهیم آکوستیک و مدلسازی آن در نرم افزار فلوئنت، دوره‌‎‌ی آموزشی شبیه سازی آکوستیک و تولید نویز در فلوئنت در بخش فروشگاه آموزشی را پیشنهاد می‌کنیم.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سبد خرید
WordPress PopUp Plugin
ضمن تبریک روز مهندس کد تخفیف Engineer_Day تا 10 اسفند فعال شد.
+ +
پیمایش به بالا