آکوستیک

آکوستیک (Acoustic) چیست؟

آکوستیک که گاهی فیزیک صوتی نیز نامیده می‌شود، علمی است که به تولید، انتقال، دریافت، کنترل و اثرات صوت در گازها، مایعات و جامدات می‌پردازد. صدا ممکن است هنگام ارتعاش جسم مادی تولید شود؛ این صدا تنها زمانی منتقل می‌شود که جسم مادی به نام محیط وجود داشته باشد که بتواند ارتعاشات را از جسم تولید کننده دور کند؛ این صدا زمانی دریافت‌می‌شود که جسم مادی سومی که به تجهیز نشانگری متصل است، توسط آن محیط مداخله‌کننده در حرکت ارتعاشی قرار می‌گیرد. با این حال، تنها ارتعاشاتی که صدا (یا ارتعاشات صوتی) درنظر گرفته می‌شوند، آنهایی هستند که در آن محیط در همان جهت حرکت صدا می‌لرزد و ارتعاشات برای آنها بسیار کم است. وقتی که نرخ ارتعاش کمتر از محدوده شنوایی انسان باشد، صدا را مادون صوت (infrasonic) می‌نامند؛ درحالی که بالاتر از این محدوده باشد، اولتراسونیک (ultrasonic) نامیده می‌شود. اصطلاح مافوق صوت (supersonic) به اجسامی اطلاق می‌شود که با سرعتی بیشتر از سرعت صوت حرکت می‌کنند و معمولاً در مطالعه آکوستیک دخالتی ندارند. نمونه‌های زیادی از اجسام ارتعاشی که صدا تولید می‌کنند وجود دارد. برخی از نمونه‌ها به سادگی سیم در ویولن یا پیانو یا ستونی از هوا در لوله ارگ یا فلوت هستند؛ درحالی که برخی به اندازه تارهای صوتی پیچیده هستند. این صدا همچنین ممکن است ناشی از یک اختلال بزرگ باشد که باعث لرزش اعضای بدن می شود، مانند صداهایی که در اثر سقوط درخت ایجاد می‌شود.

شبیه سازی آکوستیک در نرم افزار ANSYS Fluent

تئوری محاسبه تغییرات صوتی این است که با انتشار امواج صوتی (sound waves) در داخل یک محیط، سطح فشار داخل آن محیط به دلیل نوسانات موج صوتی مذکور تغییر می‌کند. این تغییرات در توزیع فشار در داخل محیط را می‌توان با حل معادلات مومنتوم و به دست آوردن میدان فشار محاسبه کرد. ماژول آکوستیک (acoustics) در نرم افزار ANSYS Fluent شامل سه مدل اصلی و متفاوت برای شبیه سازی آکوستیک می‌باشد: مدل Ffowcs-Williams & Hawkings (FW-H)، معادله موج (wave equation)، و مدل broadband noise.

مدل Ffowcs-Williams & Hawkings (FW-H)

فرمول FW-H از کلی ترین فرم آنالوگ صوتی Lighthill استفاده می‌کند و می تواند صدای تولید شده توسط منابع صوتی معادل مانند تک‌قطبی (monopole)، دوقطبی (dipoles) و چهارقطبی (quadraupoles) را پیش بینی کند. نرم افزار ANSYS FLUENT یک فرمول انتگرال دامنه زمان را اتخاذ می‌کند که در آن تاریخچه زمانی فشار صوتی یا سیگنال‌های صوتی در مکان‌های گیرنده تجویز شده مستقیماً با ارزیابی چند انتگرال سطحی محاسبه می‌شود. مدل آکوستیک FW-H در ANSYS FLUENT به شما امکان می‌دهد که سطوح منبع و گیرنده‌های چندگانه را انتخاب کنید. همچنین به شما این امکان را می‌دهد که یا داده‌های منبع را برای استفاده در آینده ذخیره کنید، همزمان با ادامه محاسبه جریان گذرا، یک محاسبه صوتی “درحال پرواز (on the fly)” را انجام دهید، یا هر دو را انجام بدهید. بنابراین، سیگنال‌های فشار صدا را می‌توان با استفاده از تبدیل فوریه سریع (fast fpurier transform) و قابلیت‌های پس‌پردازش مرتبط برای محاسبه و ترسیم مقادیر صوتی مانند سطح فشار صدا کلی (sound pressure level) و طیف‌های توان (power spectra) پردازش کرد.

یک محدودیت مهم مدل FW-H ANSYS در نرم افزار FLUENT این است که فقط برای پیش‌بینی انتشار صدا به سمت فضای آزاد کاربرد دارد. بنابراین، درحالی که این مدل می‌تواند نویز میدان دور را به دلیل جریان‌های آیرودینامیکی خارجی، مانند جریان‌های اطراف وسایل نقلیه زمینی و هواپیما پیش‌بینی کند، نمی‌توان از آن برای پیش‌بینی انتشار نویز در داخل کانال‌ها یا فضای محصور در دیوار استفاده کرد.

به عنوان مثال، مدل Ffowcs-Williams & Hawkings برای شبیه سازی زیر اعمال می‌شود:

https://www.ansysfluent.ir/shop/acoustic-cfd-simulation-les-of-airflow-over-cylinders-in-different-positions-ansys-fluent-training/

مدل Broadband Noise

در بسیاری از کاربردهای عملی که شامل جریان‌های توربولانسی می‌شود، نویز هیچ صدای مشخصی ندارد و انرژی صوتی به طور پیوسته در طیف وسیعی از فرکانس‌ها توزیع می شود. در شرایطی که شامل broadband noise است، کمیت‌های توربولانسی استاتیکی که به آسانی از معادلات RANS قابل محاسبه هستند، می‌توانند در ارتباط با رابطه‌های نیمه تجربی و آنالوگ صوتی lighthill، برای روشن کردن منبع broadband noise استفاده شوند.

برخلاف روش انتگرال FW-H، مدل‌های منبع broadband noise به حل های گذرا برای معادلات حاکم دینامیک سیالات نیاز ندارند. مدل‌های منبع به آنچه مدل‌های RANS معمولی ارائه می‌دهند، مانند میدان سرعت متوسط، انرژی جنبشی توربولانسی (k) و نرخ اتلاف (ε) نیاز دارند. بنابراین، مدل‌های منبع broadband noise به کمترین منابع محاسباتی نیاز دارند.

شبیه سازی زیر از مدل broadband noise برای ضبط صدای تولید شده توسط پرواز ایرفویل استفاده می‌کند:

تولید صدا اطراف ایرفویل

مدل Wave Equation

این مدل که براساس حلگر حجم محدود معادله موج است، اطلاعات مربوط به منابع صوتی را از محاسبه یک جریان پس‌زمینه دریافت می‌کند که صدایی شبیه به مدل انتگرال Ffowcs Williams and Hawkings تولید می‌کند. مدل معادله موج ممکن است یک میدان صوتی در کل دامنه شبیه‌سازی ایجاد کند، برخلاف مدل FW-H، که سیگنال‌های صوتی را در نقاط گیرنده خاص محاسبه می‌کند. این مفهوم از این طریق با روش شبیه سازی مستقیم قابل مقایسه است. برخلاف شبیه سازی مستقیم، مدل معادله موج به شما امکان می‌دهد تا توزیع فشار صوتی را مستقل از فشار جریان مشاهده کنید.

مدل معادله موج در پروژه زیر استفاده می‌شود:

https://www.ansysfluent.ir/shop/acoustics-investigation-in-a-room-cfd-simulation-ansys-fluent-training/

گروه پردازشگران مهر، متخصص در زمینه شبیه‌سازی آکوستیک

گروه پردازشگران مهر با چندین سال تجربه در شبیه‌سازی مسائل مختلف در زمینه‌های مختلف CFD با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده مدل‌سازی، مش‌بندی و شبیه‌سازی براساس نیاز مشتریان می‌باشد. خدمات شبیه سازی برای شبیه سازی‌های آکوستیکی به شرح زیر دسته‌بندی می‌شوند:

• تولید صدا در ایرفویل‌ها
• خفه کننده (silencer) صفحه و جذب کننده صدا (شبیه سازی صدا خفه‌کن (muffler))
• اثرات صوتی در اطراف سازه‌های هوایی
• شبیه سازی آکوستیکی ماشین‌های دوار
• و …..

شما می‌توانید محصولات مرتبط را در دسته‌بندی‌های ذکر شده در بالا در فروشگاه CFD ما با کلیک برروی لینک زیر بیابید:

https://www.ansysfluent.ir/?s=acoustic&post_type=product

خدمات ما محدود به موضوع ذکر شده نیست و گروه پردازشگران مهر آماده انجام پروژه‌های متفاوت و چالش برانگیز است. شما می‌توانید به صورت رایگان و بدون هزینه با کارشناسان ما مشورت کرده و با ارسال جزئیات مسأله به ما از طریق آدرس زیر، پروژه خود را سفارش بدهید.

[email protected]

با سفارش پروژه خود به شرکت پردازشگران مهر به عنوان یک گروه مستقل شبیه‌سازی CFD، نه تنها فایل‌های پروژه مرتبط (هندسه، مش، و …) را دریافت خواهید کرد، بلکه یک فیلم آموزشی کامل نیز در اختیار شما قرار خواهد گرفت که نشان می‌دهد چگونه می‌توانید هندسه را ایجاد کنید، مش‌بندی کنید، و تنظیمات مورد نیاز (پیش‌پردازش، پردازش و پس‌پردازش) را در نرم‌افزار ANSYS Fluent خودتان به تنهایی تعیین کنید. علاوه براین، پشتیبانی پس از تحویل پروژه نیز برای روشن شدن مسائل و ابهامات موجود است.