风扇是汽车、储能、工控设备热管理系统的核心部件气动噪声是产品研发中绕不开的痛点。过去该类仿真高度依赖海外CAE工具如今国产流体‑声学仿真软件已经完整支持LES大涡模拟FW‑H声类比整套求解链路实现风扇噪声精准预测。01 研究目的冷却风扇高速旋转时叶片与气流相互作用产生压力脉动进而辐射气动噪声直接影响整机NVH性能。本案例采用国产流体声学仿真平台完成冷却风扇气动噪声全流程仿真分析1. 复现风扇内部真实流场解析涡结构、压力分布2. 通过FW‑H声比拟方法计算远场噪声频谱、总声压级3. 将仿真计算结果和物理试验数据对标验证国产软件仿真精度为风扇降噪优化提供仿真方法论与数据支撑。02 仿真模型与参数设置2.1 几何模型参照物理试验台架布置建立仿真几何模型还原风扇本体、周边流体域保证仿真几何边界和试验条件保持一致消除几何差异带来的计算误差。2.2 网格划分策略计算域划分为风扇旋转域与外部空气静止域两域之间通过交界面传递流场数据。网格类型采用多面体网格兼顾计算精度与计算效率网格加密重点对风扇叶片表面、叶片下游涡生成噪声区域进行网格加密域交接旋转域与静止域设置交界面模拟风扇旋转运动适配 MRF/滑移网格求解模式。小提示气动噪声仿真对近壁网格、尾迹区网格质量十分敏感加密不到位会直接导致涡捕捉失真噪声计算出现明显偏差。2.3 边界条件设置序号边界类型参数设置应用位置1压力出口相对压力 0Pa环境温度 288.15K流场四周远场边界2旋转壁面转速 2800rpm风扇叶片轮毂表面3静止壁面无滑移壁面条件外围壳体、固定壁面4域交界面数据插值传递旋转域‑静止域交界面2.4 流体物性工作介质为空气定义为理想气体粘度采用萨瑟兰Sutherland公式计算适配可压缩气动噪声计算场景。2.5 三步式计算方案国产软件完整支持整套仿真分为稳态初始化、瞬态流场、气动噪声求解三个阶段这也是叶轮机械气动噪声仿真的经典流程。✅ 第一步稳态计算湍流模型k‑ω SST目标得到收敛稳态流场作为瞬态计算的初始场减少瞬态迭代收敛时间。✅ 第二步瞬态流场计算湍流模型LES大涡模拟时间步长0.0001s目标解析最高2000Hz频率每个振动周期保证至少5个时间步监控监测点速度、压力脉动直到时序数据达到统计收敛目标捕捉叶片脱落涡、边界层分离等非定常流动细节输出用于噪声计算的非定常流场数据。✅ 第三步FW‑H气动噪声计算湍流模型继续采用LES大涡模拟开启国产软件内置FW‑H声比拟声学求解模块时间步长保持 0.0001s计算2个完整叶片旋转周期噪声监测点布置进风口前方1m模拟实际噪声测试位置。国产软件能力说明以十沣TF‑QFLUX 流体求解器搭配TF‑Acoustics声学模块为例完整支持LES大涡模拟、FW‑H声比拟算法旋转域交界面、理想气体、萨瑟兰粘度模型全部具备完整覆盖该案例全部求解能力摆脱对海外仿真工具依赖。03 仿真计算结果分析3.1 计算收敛判定查看风扇扭矩时序曲线、监测点速度变化曲线当数值在固定区间内周期性波动无持续漂移即判定瞬态流场计算收敛可输出流场数据用于噪声分析。3.2 流场结果解析1. 速度涡量云图风扇对称截面的速度云图、涡量云图可以直观看到风扇旋转气流经过叶片后形成大量脱落涡涡的生成、脱落、破碎带来强烈压力脉动这就是风扇气动噪声的核心来源。2. 叶片表面压力分布叶片吸力面形成低压区引导气流吸入压力面形成高压推动气流向后排出叶片表面高低压交替变化是偶极子噪声声源的主要载体。通过压力云图可直观定位高脉动压力区域为后续叶片修型降噪指明位置。3.3 噪声仿真结果与试验对标监测点设置在进风口前1米处输出声压级频谱曲线、1/3倍频程A计权声压级结果。频谱曲线0‑2000Hz全频段声压级分布可以清晰观察风扇基频、倍频谐波峰值与宽带湍流噪声基底总声压级国产软件仿真计算总声压级81.55dB同工况物理试验测试值81.48dB。仿真与试验误差极小证明国产流体‑声学耦合仿真方案能够可靠预测冷却风扇的噪声水平。04 案例总结1. 采用「稳态 (k‑ω SST)瞬态 LES大涡模拟FW‑H声比拟」这套标准仿真流程国产CAE软件可以完成冷却风扇气动噪声预测仿真总声压级和试验高度吻合工程精度达标。2. 风扇气动噪声来源于叶片尾迹脱落涡与叶片表面压力脉动仿真可以定位高噪声声源区域在样机制造之前就开展叶片型线、叶顶间隙、护罩结构的降噪迭代。3. 过去叶轮机械噪声仿真高度依赖海外商业软件当前国产流体声学仿真工具已经具备完整的LESFW‑H求解链路能够满足汽车热管理、储能散热、风机家电等行业风扇噪声仿真需求助力研发软件自主可控。拓展思考拿到这套仿真底座后还可以结合参数化建模开展叶片倾角、弦长、叶顶间隙的参数扫描仿真实现风扇性能‑噪声多目标优化。