风扇在电子设备中广泛应用，主要用于散热。为了降低成本，人们不断缩小风扇直径和提高转速，导致噪音水平上升。为了选择合适的设计，需要精确而经济的仿真工具。除了在自由空间或风洞试验条件外，风扇在产品安装条件下使用，因此需要对声场进行精确预测。本文介绍了发表于Inter-Noise 2023的“Numerical prediction of noise generated from a box fan”论文的相关内容。
◆ 测试方法与计算参数
论文提到两种风扇噪声声场的预测方法：一种是假设声音在自由空间中传播，结合CFD软件进行仿真；另一种是混合方法，从CFD软件中提取声源，通过声学求解器进行传播。本次试验使用CFD软件中的scFLOW软件进行非稳态流场计算，预测自由空间声场中的声压。我们还使用Actran软件计算声压级。两款软件均由海克斯康工业软件开发，具有良好的数据交互性。
scFLOW是一款全面的CFD软件，基于有限体积法（FVM），适用于任意多面体网格。本研究使用不可压缩非稳态压力求解器和LES的WALE模型，并采用精细网格。时间间隔为360°/4096，即一圈分为4096步。RANS计算结果作为LES仿真的初始条件。计算了25个循环，前5圈达到稳态，后20圈用于评估。入口和出口条件分别为总压和流速。scFLOW具有FW-H声压预测功能，加密了护罩侧壁周围的网格以捕捉涡流轨迹。
商业软件Actran基于有限元法（FEM）计算远场传播到相关声源的情况，进行计算。该求解器能考虑安装效应和平均流引起的对流效应。偶极子声源主导小风扇情况，由旋转叶片的载荷产生，用声学域中嵌入的固定偶极子环进行仿真。完成力映射和傅立叶变换后，得到频域中的偶极子。在声学仿真中，设置不包括旋转叶片，用静态偶极子代替。远场中，包围域表面非反射，保留必要信息。支杆和套管表面对声波传播完全刚性。求解器提供声学信息，如声功率或声学云图。
与FW-H仿真相同，偶极子源由CFD仿真的最后20个风扇旋转计算得出。信号源按三个时间间隔排列，每个间隔对应10圈（0.2s）。通过两款软件的计算，我们比较了压升结果与实验结果，可视化了流场。我们还比较了FW-H法和偶极环法预测的声压级与实验结果。讨论了两种方法的结果的差异，以及产生不同声学特性的原因。
