使用工具 : Simcenter STAR-CCM+

前言

本分析是特殊離心式風扇 (圖一)，其存在兩組葉片，上下入風口對應的葉片數目不同，STAR-CCM+ 早在 20多年前的 STAR-CD 就已經有噪音分析模組，在數十年的開發上，以往較鬆散的分析條件也變得更加嚴謹，計算所獲得的結果也較有比對之價值。在進行分析前一般會先以穩態分析進行確認所擷取的頻率是否符合需求，本案例上下葉片數各為 30、34 片，基本上採取 34 片在 8000 RPM 的轉速下，基本上風扇分析的噪音有 5X 葉片頻率的建議，大約在 22,000 Hz 左右為計算目標，因此可以確認出需要的網格數目及每次疊代的時間步長。

分析結果

最終我們得到的截止頻率計算結果如圖二所示，近場分析的觀測點需要在計算區域中，但我們很多時間測試風扇噪音會以出風口1米處或是入風口0.5米處放置麥克風設備進行噪音頻譜讀取，這時的觀測點會超出計算區域，這時候就要採用遠場分析，以避免計算區域過大造成計算量所需時間超過預期，不過遠場分析是利用數值方程去換算出來的，它不是擷取觀測點上流場的擾動而產生的直接壓力變化值。

圖二、獲取的近場噪音頻譜

圖三、上下入風口 30cm 處及出風口 50cm 處的遠場噪音頻譜

基本上原廠不建議採用標準 K-E 紊流模型進行分析，我們比對採用 K-Omega 與 LES 兩種紊流模型進行分析，基本上最大值差異不大，如圖示顯示，但仍可以看出些許差距；而比較用不同網格下，Tetra 偶爾會出現一些突兀尖銳點發生，如圖五顯示；圖六則是顯示不同的累積計算時間的差異，這部分發現至少要跑到 0.3 秒後的結果，也就是本案例跑了 40 圈後的轉換值較可以接受，因為 0.1 秒的計算量跟 0.3、0.5、1.0 秒有較明顯的差距。

圖四、SST K-Omega 與 LES 紊流模型的比對

圖五、PolyMesh、TetraMesh 與 TrimMesh 網格計算比對

圖六、擷取不同計算時間下的結果

速度場分佈結果