HSM标准模型的风噪声源及其特性分析

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.08.015

摘要/Abstract

摘要：

采用风洞实验与流场-声场联合仿真方法研究HSM标准模型内部噪声声源及其特性。设计5种实验工况以探究各噪声源对内部噪声的作用，并验证仿真的准确性。由薄膜模态分解分析声源成分及其贡献度，并揭示其差异机理。结果表明：风速增加，内部噪声受不同声源作用而变化的频段不同；内部噪声主要由模型前缘的分离涡及其再附着引起；分离涡产生声源激励经各窗向内传递，各窗对内部噪声贡献以左侧窗为主；声源激励由湍流压力脉动和声学压力脉动组成，前者是激励的主成分，而后者是内部噪声的主要来源，两者差异由激励与车窗波数关系引起的传递效率差异所致。

关键词: 气动噪声, HSM标准模型, 风洞实验, 薄膜模态分解

Abstract:

The interior noise source and its characteristics of HSM standard model are studied by wind tunnel test and flow field / sound field co-simulation. Five test conditions are devised to explore the effect of each noise source on interior noise， with the accuracy of simulation verified by test. The noise source components and their contributions are analyzed by pellicular mode decomposition （PMD）， with its difference mechanism revealed. The results show that with the increase of wind velocity， the changing frequency band of interior noise is different due to the effects of different noise sources. The interior noise is mainly induced by the separation vortex and its reattachment at the leading edge of the model， and the noise source excitation generated by the separation vortex is transmitted through windows， with the left window being the main contributor. The noise source excitation includes turbulent pressure fluctuation and acoustic pressure fluctuation， in which the former is the main component of the excitation， while the latter is the main source of interior noise. This difference stems from the different transfer efficiencies caused by the wavenumber relationship between the excitation and windows.

Key words: aerodynamic noise, HSM standard model, wind tunnel test, pellicular mode decomposition

胡兴军,毛靖铭,张扬辉,刘一尘,马家义,乔俊贤,余天明. HSM标准模型的风噪声源及其特性分析[J]. 汽车工程, 2022, 44(8): 1262-1271.

Xingjun Hu,Jingming Mao,Yanghui Zhang,Yichen Liu,Jiayi Ma,Junxian Qiao,Tianming Yu. The Wind Noise Source and Its Characteristic Analysis of HSM Standard Model[J]. Automotive Engineering, 2022, 44(8): 1262-1271.

图/表 27

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稳态求解设置"

设置项	求解设置
时间项	稳态
流体属性	理想气体
压力-速度耦合项	SIMPLE算法
空间离散格式	2阶精度迎风格式
湍流模型	$S S T ? k - ω$

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参考文献 11

1	张一召，凌志伟，贾浩. 汽车后视镜气动噪声产生原因分析及优化方法［J］. 中国设备工程， 2020（8）： 91-92.
	ZHANG Y Z， LING Z W， JIA H. Analysis and optimization method of aerodynamic noise of automobile rearview mirror ［J］. China Plant Engineering， 2020（8）：91-92.
2	SCHELL A， COTONI V. Flow induced interior noise prediction of a passenger car［J］. SAE International Journal of Passenger Cars - Mechanical Systems， 2016， 9（3）： 1053-1062.
3	HU B F， LU Z J， CUI Q M， et al. Prediction and aerodynamic analysis of interior noise and wind drag generated by the outside rear-view mirror for commercial vehicles［J］. Shock and Vibration， 2020， 2020： 16.
4	WANG Y P， DU M T， SU C Q， et al. Numerical investigation on the contribution of underbody flow-induced noise on vehicle interior noise［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part D-Journal of Automobile Engineering， 2021， 235（10-11）： 2667-2678.
5	CHO M， OH C， KIM H， et al. Benchmark test of CFD software packages for sunroof buffeting in hyundai simplified model［J］. Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering， 2014， 24（3）： 171-179.
6	CHO M， KIM H G， OH C， et al. Benchmark study of numerical solvers for the perdiction of interior noise transmission excited by A-pillar vortex［C］. INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings， 2014： 3879-3888.
7	张晋源，袁苗达，杨洋，等. 基于赛宾原理的车内平均吸声系数现场测量［J］. 噪声与振动控制， 2014， 34（1）： 201-204.
	ZHAGN J Y， YUAN M D， YANG Y， et al. In-situ measurement of average sound absorption coefficients in cars based on sabin principle［J］. Noise and Vibration Control， 2014， 34（1）： 201-204.
8	沈远航. 汽车侧窗区域气动噪声特性仿真与控制研究［D］. 长春：吉林大学， 2020.
	SHEN Y H. Research on simulation and control of aerodynamic noise characteristics in automobile side window area［D］. Changchun： Jilin University， 2020.
9	王义乾，桂南. 第三代涡识别方法及其应用综述［J］. 水动力学研究与进展（A辑）， 2019， 34（4）： 413-429.
	WANG Y Q， GUI N. A review of the third-generation vortex identification method and its applications［J］. Chinese Journal of Hydrodynamics（Series A）， 2019， 34（4）： 413-429.
10	王亓良，陈鑫，张英朝，等. 车身简化模型中A-立柱和后视镜风噪的试验研究［J］. 汽车工程， 2021， 43（3）： 397-404.
	WANG Q L， CHEN X， ZHANG Y C， et al. Experimental study of wind noise on A-pillar and rear-view mirror in simplified car⁃body models［J］. Automotive Engineering， 2021， 43（3）： 397-404.
11	张波，向阳，郭宁. 基于统计能量法的铝板隔声量分析［J］. 应用力学学报， 2017， 34（4）： 721-727，818.
	ZHANG B， XIANG Y， GUO N. Analysis of sound insulation of aluminum plate based on statistical energy method［J］. Chinese Journal of Applied Mechanics， 2017， 34（4）： 721-727，818.

中心频率/Hz	声速设置/（m·s^-1）
100	340+20.76650863j
125	340+17.59045437j
160	340+21.23847474j
…	…
2 500	340+7.475943109j
3 150	340+5.933288181j
4 000	340+4.672464443j

边界名称	边界设置
入口	速度入口
出口	压力出口
模型表面及地面	壁面
侧面及顶面	对称平面

设置项	求解设置
玻璃厚度	4 mm
玻璃密度	2 500 kg/m³
玻璃泊松比	0.2
求解频率	［100 Hz，10 Hz，4 000 Hz］
侧窗位移	固定边界
求解器	Mumps

[1]	秦玲,杜小锦,冯锦阳,黄顺巧,段孟华,王庆洋. 某SUV镂空尾翼气动噪声特性的研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(5): 880-887.
[2]	王亓良,陈鑫,张英朝,张祥东,顾灿松,关青青. 车身简化模型中A⁃立柱和后视镜风噪的试验研究[J]. 汽车工程, 2021, 43(3): 397-404.
[3]	王毅刚,赵思安,张昊,杨志刚. 汽车后视镜-A柱区域气动噪声源特征识别[J]. 汽车工程, 2021, 43(12): 1840-1847.
[4]	张佳, 吴海波, 陈蒨, 方志云, 王毅刚, 余柳平. 基于格子波尔兹曼方法的某乘用车空调系统气动噪声的直接模拟与优化[J]. 汽车工程, 2020, 42(8): 1103-1109.
[5]	赖晨光, 斯洋, 陈祎, 白海涛. 一种新型车用导流器的研究及其气动性能优化^*[J]. 汽车工程, 2020, 42(5): 600-607.
[6]	唐荣江, 胡宾飞, 张淼, 陆增俊, 肖飞, 赖凡. 基于A柱后视镜车内气动噪声数值模拟与预测^*[J]. 汽车工程, 2020, 42(4): 522-530.
[7]	袁海东, 刘学龙, 徐辰, 郝剑虹. 标度律分析在汽车气动噪声中的应用^*[J]. 汽车工程, 2020, 42(12): 1695-1700.
[8]	姜豪, 赖万虎, 张思文, 董国旭, 贾文宇, 庞剑. 汽车后视镜气动噪声优化研究^*[J]. 汽车工程, 2020, 42(1): 121-126.
[9]	方健, 王夫亮. 旋转车轮气动效应的CFD仿真和风洞实验及减阻优化研究[J]. 汽车工程, 2019, 41(9): 1006-1012.
[10]	王俊, 陈如意, 杨健国, 龚旭, 李林. 汽车后视镜气动噪声仿真与实验研究[J]. 汽车工程, 2018, 40(12): 1480-1487.
[11]	王亓良, 陈鑫, 林清龙, 魏洪桢, 黄秋萍, 张英朝. 某SUV车内气动噪声特性风洞试验研究^*[J]. 汽车工程, 2018, 40(11): 1339-1345.
[12]	卿宏军, 刘杰. 汽车空调风道气动噪声仿真方法研究^*[J]. 汽车工程, 2018, 40(11): 1370-1375.
[13]	贺银芝, 卢春阳, 吴宇, 杨志刚. 汽车车内气动噪声客观评价分析^*[J]. 汽车工程, 2018, 40(10): 1179-1184.