低騒音プロペラファン開発に活かすＣＦＤ

ダイキン工業株式会社テクノロジー・イノベーションセンター岩田 透

STAR Japanese Conference 2017

Developing low-noise propeller fan using CFD

DAIKIN INDUSTRIES, Ltd.Technology and Innovation CenterIWATA Toru

July 7, 2017 Yokohama

本発表の概要

・ＳＴＡＲ-ＣＣＭ＋を用いたプロペラファンのＮＺ音の机上評価

業務用エアコン室外機

室外機の運転音

運転音＝圧縮機の運転音＋ファンの送風音＋冷媒音（流体音）

ファンの送風音＝広帯域音＋離散周波数音

離散周波数音：羽根枚数Ｚと回転数Ｎを乗じたＮＺ音が卓越

例えば 羽根枚数４枚、回転数９００ｒｐｍでは６０Ｈｚおよびその高次の周波数１２０、１８０・・・

ＮＺ音の問題

・ＮＺ音の音圧レベルが高いと低周波騒音になりうる

業務用の室外機で特に問題例：コンビニ、ファミレスなど深夜に運転する場合

：学校など住居に近い場合

・設計段階での事前のＮＺ音の予測は難しい

単体計測時と組込み計測時の音圧レベルが全く異なることがしばしば（組込み時の方がうるさい）

開発の後半で苦労する

★事前にＮＺ音のレベルを予測したい（なるべく低コストで）

ＮＺ音の要因

・ＮＺ音の発生要因

１．羽根が移動することによるもの（翼厚み騒音）

２．動翼・静翼干渉音（静翼にはベルマウスも含む）

３．上流の乱れによるもの

室外機の場合

３＞２＞＞＞１

ＮＺ音（送風音）の予測法

ＮＺ音（送風音）の予測法

方針・非定常計算手法にＤＥＳを用い・ＦＷ－Ｈ法で観測点の音圧レベルを求める

解析内容

・実機流れを単純化してファン周辺形状のNZ音への影響を見る

・Case1ベルマウスのみ

・Case２吸込み側に立ち上がり壁＋長ベルマウス

・Case３２＋吸込み側に邪魔板

メッシュ設定

・トリム＋プリズムメッシュ

メッシュ連続体設定

サーフェスリメッシャー

トリムメッシャー

プリズムレイヤーメッシャー

・メッシュ数（Cell数）を示す

領域 Cell数

回転領域 約４２９万 Ｃｅｌｌｓ

静止領域 約３２６万 Ｃｅｌｌｓ

合計 約７５５万 Ｃｅｌｌｓ

＊ファン径６８０

・ファン後流側にはメッシュ細分化領域を設けた

回転領域細分化領域①

細分化領域②

メッシュ設定

・羽根面のWall Y+ が大部分で１未満になるようにプリズムレイヤーを設定

メッシュ設定

・羽根面とベルマウス内側のWall Y+ を示す

メッシュ設定

境界条件

・境界条件は表のように設定した。

入口境界 よどみ入口

全圧 [Pa] ０ （Default）

回転領域 スライディングメッシュ

回転数 ９２０ ｒｐｍ

出口境界 圧力出口

静圧 [Pa] ０ （Default）

ソルバーの設定

・ＳＴＡＲ-ＣＣＭ＋ v.１１.０６. （倍精度）・作動流体は理想気体とした。・定常・非定常計算の設定を示す。記載のない設定はデフォルト値を使用

解析タイプ 定常解析

離散化手法 分離型流体等温

乱流モデル ＳＳＴ ｋ-ω

解析タイプ 非定常解析

離散化手法 分離型流体等温

乱流モデル ＤＥＳ with SST k-ω

時間ステップ １．８１e-４ [s]

時間離散化 二次精度

内部イタレーション ５回

←１°回転に相当（５５２０Ｈｚ）

ＦＷ－Ｈの設定

・ＦＷ－Ｈ表面として不透過面を選定・ＦＷ－Ｈレシーバー（受音点）は吹出し側

不透過面

羽根面

ハブ面

ベルマウス内面

1m

音計算位置

レシーバー

1m

flow

計算結果（残差履歴・非定常計算）

・内部イタレーション５回だがきれいに収束する

計算結果（風量・差圧モニター値）

・差圧は２回転目でほぼ静定

回転数

風量

差圧

８回転

音の計算結果（case1：ベルマウスのみ）

・１ＮＺ，２ＮＺ・・が計算できている。・ＮＺ音は広帯域音に比べ問題ないレベル

１ＮＺ：６１.３Ｈｚ

２ＮＺ：１２２.７Ｈｚ

音の計算結果（case２ ：立ち上がり壁）

・１ＮＺが非常に大くなる。・ＮＺ音は広帯域音に比べ問題になるレベル

１７.６dB

音の計算結果（case3：立ち上がり壁＋邪魔板）

・2ＮＺが大きくなる。

・5.4 dB

まとめ

DESとFW-Hを用いてプロペラファンのＮＺ音を計算した

・ＮＺ音が計算できることが分かった

・吸込み側におかれた壁との干渉で１ＮＺ音が大きく上昇することが分かった

・室外機のように吸込み側に機械要素のある場合にＮＺ音を机上評価できることが期待できる。