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商用車:冷却ファン騒音

業界が求める静かな変革

とりわけ車両の低速運転時またはアイドリング時に、熱交換器を通過する気流を十分に確保してエンジン温度を制御するために、低速の軸流のファンが広く使用されています。これらのファンは、流れに伴う不快な騒音を発し、運転者や乗客にとって迷惑であるだけでなく、商用車や重機による環境騒音の原因にもなります。特に質量流量が多い場合、冷却ファンが騒音全体の一番の原因となっており、多くの場合その他の騒音源であるエンジン、トランスミッション、タイヤ、機械装置、排気系などによる寄与を上回っています。

重機業界では、オペレーターと環境騒音に対する政府規制があり、製品の音響開発の失敗は、開発そのものの遅延や要求事項に適合するための高価な対応策へと繋がります。さらに、冷却ファンの騒音は品質上の問題でもあり、ブランドイメージと顧客満足度に影響を及ぼします。特定の規制と音響快適性がますます重視される競争市場において、流れが起因する冷却ファンの騒音に製品開発の初期段階から対処することには、大きな価値があります。

技術課題

ファンの音響性能を実験で評価することは、物理テストが困難なため限界があり、一般的にはスタンドアロンのベンチマークで行われています。ファンの流れと音響の環境が大きく変化する傾向があることから、実際のシステムへ統合された際、実験結果と性能の相関が取れないことがあります。したがって実験で騒音源を特定することは、ほぼ不可能です。シミュレーションにはこれらの課題を克服する可能性がありますが、それには冷却ファンの流れに起因する以下のような騒音の主要なメカニズムを正確に捕捉する課題に応えなければなりません。

  • 騒音の発生は本質的に非定常の現象であり、従来のCFDコードでは、非定常性を妥当なタイムフレーム中で正確に予測することが困難
  • 騒音の主な原因は、回転翼と近接する固定形状との複雑な相互作用にあり、一般的な回転参照座標(MRF)手法ではこの影響を捕捉することが不可能
  • 特に翼通過周波数に関係するトーン騒音は、流入速度の均一性、ローターケーシングの相互作用、回転失速条件の存在、流れ場の不安定性などに大きく依存する
  • 渦の離脱、流れの剥離、乱流境界層による騒音、先端渦騒音に関係する広帯域雑音
  • 吸気口流れの状態とシステムの音響応答に影響する設置効果
  • 近接対流場の周囲形状面における小振幅の圧力変動(音響特性)の放射

ソリューション

弊社は、PowerFLOWとPowerACOUSTICSの連成による完全な空力音響計算ソリューションを提供しております。

  • PowerFLOWの本質的に非定常なソリューションは、時間に依存する複雑な乱流構造と、冷却ファンに起因する騒音源を正確に予測します。
  • PowerFLOWの実際に回転する形状機能により、回転体を時間に正確にシミュレートし、従来のMRF手法より正確に、あらゆる種類の相互作用を捕捉します。
  • PowerFLOWの本質的に圧縮性のソリューションは、流れに伴う騒音と同時に放射騒音も予測します。
  • PowerFLOWでは詳細な形状を取扱うことができ、ファンと周囲部品のあらゆる相互作用を捕捉します。
  • 遠方場での騒音伝搬(環境騒音)予測が必要なアプリケーションでは、PowerFLOWの非定常結果を、Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)積分式に基づく音響アナロジー手法を使用するPowerACOUSTICS Far Field Noiseモジュールと連成することができます。
  • 使い勝手のよい解析機能と最先端の3D視覚化機能を備えるPowerACOUSTICSとPowerVIZは、騒音源を適確に見極めることができます。帯域のフィルタリングが可能な圧力解析を使用して、特定の周波数帯域での現象を分離することができます(翼通過周波数騒音の詳細な調査をする場合など)。

     

EXA SOFTWARE USED FOR THIS APPLICATION

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