سر و صدا بزرگراه یکی از فراگیر ترین چالش های زیست محیطی برای جوامع واقع در نزدیکی راهروهای حمل و نقل عمده است، در حالی که موانع فیزیکی طولانی است استراتژی کاهش اولیه، عملکرد آنها بستگی به بسیاری از عوامل - ارتفاع، شکل، قرار دادن، و شبیه سازی محلی هواشناسی مایع محاسباتی (CFD) شبیه سازی، اجرا شده در ANSYS Fluent، در حال حاضر مهندسین ارائه یک روش قوی، بهینه سازی هزینه و شبیه سازی دقیق فیزیک است.

فیزیک تبلیغات صدا و موانع سر و صدا

برای شبیه سازی اثربخشی مانع، ابتدا باید مکانیسم های فیزیکی بازی را درک کنید. Sound به عنوان امواج فشار از طریق هوا حرکت می کند، زمانی که یک موج با یک مانع جامد مانند یک مانع مواجه می شود، سه پدیده اساسی رخ می دهد:

  • عدم تحرک - صدا در اطراف لبه های بالا و لبه های سد خم می شود، به ویژه در فرکانس های پایین تر که طول موج ها طولانی هستند.
  • بازتاب - برخی از انرژی های صوتی از سطح مانع خارج می شوند، به طور بالقوه باعث افزایش سطح در سمت مخالف یا ایجاد تداخل چند جانبه می شود.
  • [[۱] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱]] - مواد متخلخل یا فیبروس انرژی آکوستیک را به گرما تبدیل می کنند، و صدا را کاهش می دهند.

شبیه سازی های CFD به طور مستقیم به عنوان یک معادله موج به همان شیوه اختصاصی نرم افزار آکوستیک (به عنوان مثال، ANSYS آکوستیک به جای آن، آنها به طور معمول استفاده از یک تجزیه و تحلیل داده های فشرده (FLT:2acoustic قیاس [F:3 - اغلب Ffowcs Williams-Hking اختلال صدا) - که به دور از آن جریان فشار جریان است.

مرحله به مرحله شبیه سازی گردش کار در ANSYS Fluent

روش زیر یک رویکرد تولید درجه ای را برای مدل سازی اثربخشی سر و صدا و بار را ترسیم می کند.هر مرحله نیاز به توجه دقیق به کیفیت محتوا، شرایط مرزی و تنظیمات حل کننده دارد.

۱- آمادگی جغرافیایی و ساخت مدل

با ایجاد یک نمایندگی سه بعدی از بخش بزرگراه شروع کنید:

  • سطح جاده و خطوط (که اغلب به عنوان هواپیماهای مسطح مدل می شوند)
  • پروفایل های خودرو به عنوان ساده بدن های بلوف یا منابع خطی سر و صدا.
  • دیواره صدا (برنامه ریزی، عمودی، زاویه دار یا منحنی)
  • زمین اطراف، به ویژه اگر توپوگرافی بر الگوهای باد تاثیر می گذارد.

اکثر کاربران، هندسه CAD را از ابزارهایی مانند SolidWorks یا SpaceClaim وارد می کنند. Simplify جزئیاتی که جریان یا آکوستیک را تحت تاثیر قرار نمی دهد (به عنوان مثال، پیچ های کوچک، محافظان) این دامنه باید چندین ارتفاع سد بالا، پایین دست و عمودی را برای جلوگیری از اثرات مرز مصنوعی گسترش دهد.

۲- نسل های خالی: کلید دقیق

ANSYS Fluent معادلات دیسک شده را بر روی یک مش حل می کند.برای شبیه سازی های ضد سر و صدا، یک مش هیبریدی معمولی است:

  • عناصر تترادال ساختار یافته [FLT 1] در زمینه دور برای رسیدگی به هندسه پیچیده.
  • [[[ویرایش] [[[۱]]] [۱۰] [۱]] [۱۰]] [[۱۰]]] [[۱۰]] [۱۰] [۱]] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱]] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱] [۳] [۳] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۳] [۳] [۱] [۳] [۳]]] [۳]]]] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [به [۳] [۳] [۳] [۳] به مدل های [به [به [به [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] به مدل های [۳] [۳] [۳]
  • [[۱] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰]] [۱۰]] [۱۰] [۱]] [۱۰] [۱]] [۱۰]] [۱] [۱۰] [۱]] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱]] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱]]] [۱] [۱۰] [۱۰] [۱] [۱] [۱]]]] [۱]]]] [۱۰] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱]]] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱۰] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱۰] [

اندازه مش باید برای حل بالاترین فرکانس بهره کافی باشد.(حداقل 10 سلول در طول موج در جهت انتشار، برای یک تن 1 کیلوهرتز (طول -0.34 متر)، فاصله باید ≤0.03 متر باشد.این اغلب منجر به تعادل با ده ها میلیون سلول برای مدل های 3D می شود. استفاده از [FLT: محلول محاسباتی] و یا ابزار اتصال TLT.

۳- تنظیم شرایط و تعاریف منبع

منابع جریان و آکوستیک را تعریف کنید:

  • [[۱] [۱۰] [[۱۰]] [[۱]]] [[۱]]] [[۱]]] [[۱]]] [[۱۰]]]] [[۳]]] [۱]] [۱]] [۱] [۱]] [۱] [۱] [۱]] [۲] [۲] [۱]] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱] [۱] [۱]]]]]]] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱] [
  • برونلت: فشار بر محیط زیست فشار وارد می کند.
  • دیوارها: سطح جاده، سد و زمین به عنوان دیوارهای بدون لغزش مدل شده است.
  • منبع: در بسیاری از مطالعات، وسایل نقلیه به عنوان منابع نقطه مونوپول معادل در مراکز خط، با سطوح قدرت صدا مشخص (به عنوان مثال، 80-110 dBA بسته به نوع خودرو و سرعت جایگزین) مدل شده است، یک منبع چرخش یا متحرک می تواند با استفاده از کشویی شبیه سازی شده، اما پیچیدگی برای غربالگری اولیه، یا منابع ثابت کافی است.

تنظیمات حل کننده و مدل سازی Turbulence

برای اکثر شبیه سازی های سر و صدا بزرگراه، جریان آشفته و فشرده است تنظیمات توصیه شده در ANSYS Fluent:

  • [بر اساس فشار، حالت ثابت برای جریان، سپس به ترانس جهت محاسبات آکوستیک تغییر دهید.
  • [[[ویرایش] مدل شتاب دهنده: [FLT1] k] [استاندارد یا قابل توجه] با عملکرد دیوار استاندارد برای کاربردهای صنعتی رایج است.
  • [Fowcs Williams -Hawkings] مدل Ffowcs ویلیامز - Hawkings را در سطح زمین پشت حصار تعریف می کند (به عنوان مثال، در ارتفاع 1.5 متر، 10 متر، 20 متر، 50 متر از مانع).
  • [[[ویرایش] [[[ویرایش] [[[ویرایش]] [[[ویرایش]]]] [FLT:] [FLT:] [FLT:] برای حل بالاترین فرکانس [F:6f max [F = 1000] = میانگین [F=2]

۵- اجرای شبیه سازی و نظارت بر تعادل

یک محاسبه جریان ثابت دولتی را ابتدا برای ایجاد میانگین جریان جریان انجام دهید. Monitor Remains و ضریب نیرو (به عنوان مثال، کشیدن بر روی مانع) هنگامی که همگرا شد ( باقی مانده < 1e-4 برای تداوم، < 1-1 برای تلاطم)، تغییر به حالت ترانسی، فشار صوتی در نقاط گیرنده استفاده از Autosa هر چند مرحله.

۶- پس از ارزیابی و تحلیل نتایج

پس از شبیه سازی، ANSYS Fluent می تواند تولید کند:

  • [[۱] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۷]] [۱] [۱]] [۱] [۱]] [۱]] [۱] [۱] [۱] [۱]] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [
  • [[۱] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱۰] [۱]] در مکان های گیرنده (تغییر سریع چهار تر سیگنال های فشار).
  • [در این میان] [از دست دادن اختلاف در SPL با و بدون مانع در همان نقطه دریافت کننده.

مقایسه نتایج در برابر فرمول های تجربی (به عنوان مثال، از FHWA Noise طراحی موانع () یا اندازه گیری های میدانی برای اعتبار سنجی عمومی: سطح کلی وزن (dBA) و توزیع طیف (125 هرتز-4 هرتز).

بررسی های پیشرفته مدل سازی

کاهش اثرات اتمسفر

سرعت باد، گرادیان دما و آشفتگی می تواند امواج صوتی (refraction) را خم کند و بر انتشار آن تأثیر بگذارد، در ANSYS Fluent، شرایط مرز حرارتی را مشخص کند یا از معادله انرژی برای مدل سازی درجه حرارت برای باد استفاده کند، شامل پروفایل سرعت و اجازه جریان برای توسعه؛ سد خود را اصلاح میدان باد محلی، معرفی یک منطقه باد که می تواند صدا را به روش ساده تر جذب کند.

مدل سازی موانع Absorptive

موانع بتنی استاندارد یا فلزی عمدتاً منعکس کننده صدا هستند، اما بسیاری از طرح های مدرن از مواد ضدعفونی کننده (به عنوان مثال، فلز سوراخ شده با سنگ ووl) برای شبیه سازی جذب، استفاده از یک پرش (FLT:0) متخلخل وابسته وضعیت مرز بر روی صورت مانع، مشخص کردن یک ضریب فشار و منافذ که مطابق با جذب مواد (FUD) است.

موانع متعدد و اثرات Canyon

اگر موانع در هر دو طرف یک بزرگراه قرار بگیرند (ایجاد یک "کانون")، صدا می تواند چندین بار منعکس کند، که منجر به سطوح بالاتر در هر دو طرف می شود. CFD این را از طریق فیزیک انعکاس کامل 3D به طور مشابه، موانع با شکاف (برای زهکشی یا دسترسی) ایجاد پراکنده که نیاز به باند های با وضوح بالا دارد.

اعتبارسنجی و مطالعات موردی واقعی

مطالعات متعدد پیش بینی های مبتنی بر CFD را در برابر اندازه گیری های میدانی تأیید کرده اند. [برای مثال، محققان دانشگاه تگزاس یک سد 4 متری را در مجاورت یک بزرگراه شش خط شبیه سازی کرده اند و کاهش پیش بینی شده در 2 dB از مقادیر اندازه گیری شده (نگاه کنید به این مقاله کاربردی آکوستیک [F:1] را نشان داد.

محدودیت ها و بهترین تمرین ها

در حالی که قدرتمند است، CFD برای شبیه سازی مانع سر و صدا باید محدودیت های مهندسین را تایید کند:

هزینه محاسباتی

حل فرکانس های بالا (≥2) نیاز به گام های بسیار خوب و زمان کوچک دارد، شبیه سازی ها را گران می کند.برای غربالگری تعداد زیادی از طرح ها، استفاده از همبستگی مهندسی، سپس با CFD فقط برای پیکربندی های بحرانی اصلاح می شود.

دقت مدل سازی Sound Source

منابع تک قطبی ساده، هدایت وسایل نقلیه واقعی (مخاط، موتور، اگزوز) را به دست نمی آورند، رویکردهای دقیق تر شامل منابع متحرک یا هندسه ماشین آلات تمام عیار است، اما این زمان تنظیم را برای مقایسه های نسبی (بارور A در مقابل مانع B)، منابع ساده اغلب کافی هستند.

قطعنامه اطراف Edges

Diffraction در بالای دیواره ی سد رخ می دهد؛ مش های ضخیم این اثر را به حداقل ۵ تا ۱۰ سلول در ضخامت بالا اطمینان می دهند و در صورت امکان از عناصر چهار لایه استفاده می کنند.

نتیجه گیری

ANSYS Fluent یک پلت فرم همه کاره برای شبیه سازی اثربخشی صدا و بار در امتداد بزرگراه ها فراهم می کند، مهندسان را قادر می سازد تا از دست دادن ورودی، بهینه سازی هندسه، و حساب برای تعاملات پیچیده جریان پیچیده قبل از ساخت و ساز، با دنبال کردن یک جریان کاری منظم - هندسه مراقبتی، کیفیت بالا، اشکال مناسب و مدل های صوتی، و پردازش کامل - می تواند به طور فزاینده ای با استفاده از راه های سرعت در حال توسعه و سریع در طراحی حمل و ساده، به سرعت در طراحی حرکت کند.

برای خواندن بیشتر، با وبلاگ [در طراحی] سر و صدا و دستورالعمل طراحی موانع سر و صدا مشورت کنید.