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産業機器:HVACユニット / ファン騒音

空調による騒音ターゲットを達成する


流速によって色付けされた渦コアの3D等値面により表された、車両のHVACシステム全体の騒音源。マネキンとウィンドウ表面上の瞬時の静圧

車両メーカーが車室内の騒音レベル低減に取り組む中、暖房、換気、空調(HVAC)システムによる騒音が、音響性能の改善目標になりつつあります。HVACは、ブロワーと混合ユニットが複数のダクトと連成された複雑なシステムであり、ダクトを通る空気は、前後座席の乗員の顔や足、さらにフロントガラスやサイドウィンドウのデフロストに送られます。それぞれの熱快適性条件に必要な流量を得るために、ブロワーは十分な圧力ヘッドを供給できなければなりません。騒音は、ブロワーの回転、混合ユニット内の乱流、ダクト内の旋回や回転、レジスターからの吹き出し(吐出口)などによって発生します。HVACシステムを設計する際に、騒音ターゲットに適合するかを予測し、複数の分野に渡る性能の最適化を達成することはとても困難です。流れ、熱、音それぞれの性能における妥協は、後期での設計変更や車室内の快適性低下に繋がります。またHVACシステムを車両に組み込むことで実験との性能が変わり、性能の低下や後期での変更が発生する可能性があります。


一般的なHVAC遠心ブロワーの実際の回転(3000回転/分)により発生する瞬時の流れ

  


キャビンを含むHVACシステム全体内の流速で色付けされた3D流線

  


ドライバーの耳位置で捉えられた、HVACダクトおよびレジスターによる音圧レベル:(赤)半無反響室での測定値、(青)PowerFLOWによる予測値、(グレー)装置の暗騒音 e

技術課題

乗員の耳に届くHVACシステムの騒音には、さまざまな騒音源や経路が関係しています。ブロワーは放射状のファンで構成され、回転するブレードと周囲の空気との相互作用、さらに近接する静止部品上を流れる空気の衝突により騒音を生成します。このファン騒音は、ダクトの複雑な経路を介し、レジスターから車室内へ伝搬します。ダクトと混合ユニットからの騒音は、主に複雑な形状を空気が通過して発生する流れの分離と渦により発生し、システム全体に音響が伝搬します。レジスターからの吹き出しによる騒音は、グリルの細かい形状と方向、その結果生じる周囲の空気と混ざり合った排気噴出などにより左右され、フロントガラスなどの固体表面に影響を及ぼします(デフロストなど)。そのため、流れと音響の数値的予測に対する要求事項は厳しくなっており、非常に複雑な形状の取り扱い、ファンと流れに起因する騒音源の予測、さらにシステムから車室内に至る音響伝搬が含まれます。ファンの騒音を正確に予測することは、空力騒音の分野で重要かつ未解決の課題になっています

ソリューション

弊社のPowerFLOW®ソフトウェアは、非常に複雑な自動車のHVACシステムについて、騒音の正確な数値的予測を行うことができる唯一のソリューションです。PowerFLOW独自のテクノロジーによる本質的に非定常なソリューションは、統合されたシステム全体の詳細な形状の効果を含め、複雑な流れの構造、対応する騒音源、車室内に伝搬される音響の正確な予測を実現します。実際に回転する形状を取り扱うことできる新機能を用いた回転ファンの流れと、騒音を含む非定常な流れの特性と音響は、PowerFLOWソルバーで直接シミュレートされます。また、他のソルバーとの連成をせずに、システム全体の音響伝搬も直接予測することができます。PowerFLOWにより、HVACエンジニアは提案された設計の騒音評価を早期に行い潜在的な設計オプションを評価し、既存の設計における騒音上の問題を診断し改善することが可能になります。使い勝手の良いPowerACOUSTICS®とPowerVIZ®の分析および可視化機能は、帯域別の圧力分析を行い特定の周波数帯域での現象を分離し、騒音源を特定することができます。車室内における予測スペクトルを音声ファイルに変換することで、多様な設計オプションの効果を音で比較することができます。また複雑な形状の取り扱いと効率的なポスト処理により、評価と設計改善のターンアラウンドタイムが短縮されます。PowerFLOWではHVACシステムの正確な圧力、流速、熱混合の挙動を提供することで、複数の領域にわたる設計のトレードオフを評価し、1つのモデルを用いて流れ、熱、音の最適な性能を備えたHVACシステムを設計することができます

HVACユニット/ファン騒音アプリケーションに関連する弊社ソフトウェア

EXA SOFTWARE USED FOR THIS APPLICATION

Simulation Preparation: 
Simulation: