空调噪声解决方案

空调通风/降噪解决方案ANSYS-CHINA成都办事处2007-01-15添加标题摘要•空调通风/降噪解决方案•空调通风/降噪分析实例•产品特点ICEMCFD和FLUENT添加标题空调通风/降噪解决方案添加标题空调通风关心的问题通风问题，我们可能关心：•通风量（风道阻力/压损）•风口/风道/房间的流场、温度场•风道设计布局对空调通风性能的影响（参数优化）添加标题空调通风解决方案分析空气在空调风道、空调房间内的定常/非定常流动情况，从流场结果中可获得空间任何区域的流场、温度场、压力场等，由此便可进行空调通风性能的优化设计。解决方案：ICEMCFD+FLUENT流场/温度场分析添加标题空调噪声的产生噪声是空调的一项重要性能指标，它的大小不仅影响空调环境舒适性，而且直接影响空调使用寿命。搞清空调噪声产生的根源是降噪的基础。从声学角度来看，空调噪声产生于以下几方面：•流体流动噪声•机械振动噪声•流致振动噪声添加标题•流体流动噪声：空气在空调风道及空调房间的流动过程中，会由于流动的不稳定而产生压力波动，从而产生噪声。如：风扇的转动，会引起周围空气压力的周期性波动而产生噪声，包括叶片与周期性来流的相互作用引起的旋转噪声、叶片尾迹流动引起的涡声；风道中的涡舌、导流片会产生涡声；空气从风道进入空调房间会产生喷流噪声；湍流压力脉动的自然发声等等。流动噪声与风扇结构、风扇与风道的匹配等有关。添加标题•机械振动噪声：压缩机、风扇等机械运动时会产生振动，从而引起空调机的振动，这种振动在空气中传播即形成噪声。这种噪声与振源（压缩机、风扇）的振动及结构的自振频率有关。添加标题•流致振动噪声：如前所述，空调气体在流动过程中，其压力波动会产生流动噪声，不仅如此，这种波动的非定常压力作用于空调结构之上，会引起结构的振动，从而导致噪声；反过来，结构的振动也可能影响空气的流动，所以流致振动噪声是流体—结构耦合作用。添加标题空调噪声解决方案•降低空调机械振动结构振动分析•降低流动噪声流场分析•降低流致振动噪声流固耦合分析添加标题流场分析分析空气在空调风道、空调房间内的非定常流动情况，从流场结果中可获得空间任一点的压力波动情况，由此便可得到该点的声压级、声强等声学参数。所以，流动噪声的分析，关键是获得精确的瞬时压力场。由于流动噪声是宽带噪声，其中高频成份很大，要精确获得这些高频的压力波动，对计算精度有很高的要求。需要高精度并且快速稳定的CFD求解器。解决方案：ICEMCFD+FLUENT流场分析添加标题结构振动分析分析空调结构在压缩机、风扇等振动激励下的振动情况。为避免结构产生严重的振动，应使结构的自振频率远离激振频率，如风扇频率转动，气流脉动频率（下面讨论），避免共振。为此，在空调结构设计时，需对结构进行模态分析，优化结构的自振频率，减小结构振动，从而最终降低噪声。解决方案：ANSYS动力学分析添加标题流固耦合分析分析空调结构在风道流场内非定常压力作用下的结构振动情况。如：风道内流场的压力波动引起结构的振动，从而导致空调房间内的噪声；再如：流场的压力会导致叶片结构变形，而结构的变形又会反过来导致流场的流态（包括压力）发生变化。ANSYS+CFX可以方便完成流固之间分析，自动实现数据传递。解决方案：ANSYS+FLUENT流固耦合分析添加标题小结•ANSYS解决：各种结构振动分析/结构强度分析/结构温度分析等相关问题•FLUENT解决：各种流体流场/压力场/温度场等相关问题•ANSYS+FLUENT解决：各种流固耦合问题添加标题空调通风/降噪分析实例添加标题噪声分析实例有挡板无挡板添加标题标定噪声的三个位置三个位置的声压脉动曲线*此声压脉动曲线可由相应标准转换为噪音水平，A:60dB,B:55dB,C:53dB*大约在0.4秒后，流动趋于稳定ACB添加标题标定躁声的三个位置三个位置的声压脉动曲线*与方案1的结果相比，流道无挡板时三个位置声压的高频脉动大大降低添加标题结构振动分析模型1(隐去前盖)添加标题模态分析频率为39.72Hz时配管振型添加标题模态分析(续)频率52Hz时配管的振型添加标题模态分析(续)频率78Hz时配管的振型添加标题谐波响应施加激励下室外机的整体位移(隐去前板)添加标题改进方案一(配重)整机位移图(隐去外壳)添加标题改进方案二(改变结构)位移示意图添加标题风机支架施加风机激励后整机位移添加标题空调蒸汽管道实例导流板分布添加标题表面压力添加标题切面压力添加标题流线图添加标题T型接头处流线添加标题管道表面温度分布添加标题详细案例：风扇性能分析•风扇几何模型见右图，为机箱一侧进气风扇•风扇叶片数3个，电机及其支架在风扇进口一侧•风扇叶片根部有大台阶(见下图)•风扇工况为常温常压，转速为800RPM添加标题前处理--网格划分•叶片区域网格为H型网格•叶片区域网格数量为–一个叶片通道:40*31*23–网格总数:85,560•叶片表面网格如右图添加标题前处理--网格粘贴•叶片区域与机箱区域网格不必一致，只需保证具有同一网格界面•叶片区域进出口与机箱区域网格粘贴界面定义为Stage模型•叶片区域叶尖与机箱区域网格粘贴界面定义为FrozenRotor模型，该模型可研究叶尖二次流流动添加标题后处理-性能分析(1)•体积流量：1707•出口总压：101343Pa•全压升：18Pahm/3添加标题后处理-风扇加功及能量实现加功量（CuR）分布显示该风扇设计为叶根至叶尖的线性加功分布电机支架诱导的非均匀来流及总压损失出口总压分布显示该风扇叶尖和叶根存在较大能量损失添加标题后处理-子午剖面速度分布叶根台阶及其连续曲面导流作用在台阶后造成不必要的大尺度涡场，严重影响了叶根流通能力箱壁导向造成的气流冲刷在叶尖流场产生大尺度旋涡结构大间隙产生的强烈二次涡添加标题后处理-子午剖面速度分布电机支架诱导的风扇入口根部旋涡结构流场将严重影响叶片根部流通能力添加标题后处理-叶片表面压力云图图中可看出，叶片根部台阶结构造成根部流场堵塞倒流，伴随叶片吸力面尾缘压力升高添加标题后处理-轮毂压力云图添加标题后处理-叶根流场速度矢量图流线图堵塞（流场显示叶根由于台阶影响出现堵塞）添加标题后处理-叶中流场压力云图速度矢量（流场显示表明该风扇叶中流动状况较好）添加标题后处理-叶尖流场压力云图速度矢量二次流效应添加标题后处理-叶尖流场（等值线图）轴向速度径向速度二次流效应添加标题后处理-叶尖流场（流线图）（流场显示箱壁影响造成的径向流动）添加标题空调风扇流场及性能分析•流场分析表明该空调风扇在结构上主要存在以下三个问题:–风扇叶根台阶导致根部流场紊乱和堵塞，并诱导其后的大尺度旋涡结构，影响根部流通能力并产生较大的能量损失–机箱结构造成的气流冲刷及叶尖大间隙在叶尖产生大尺度旋涡流场结构，造成大的能量损失，严重影响叶尖加功能力和流通能力–电机支架诱导的风扇入口根部旋涡结构流场将严重影响叶片根部流通能力•叶片载荷分布（见下页）表明：–叶根由于台阶结构导致根部流场紊乱，叶栅无法实现扩压加功–叶中气动载荷分布合理–叶尖设计为叶型后加载，但由于箱体结构造成的叶尖尾缘大尺度旋涡结构，导致该风扇在叶尖加功最大，但伴随的能量损失也最大添加标题空调风扇流场及性能分析叶根载荷分布叶中载荷分布叶尖载荷分布添加标题空调风扇流场及性能分析•因以上主要流场结构问题，本报告未作量化叶片攻角分析•改进建议：–取消叶根台阶结构，强度问题可由加大叶型厚度和调整叶片安装角解决–箱体结构进行必要改进，尽量消除对叶尖流场的冲刷和叶尖尾缘的旋涡结构–电机支架结构做必要改进（如位置前移并减小其横截面），尽量减弱其对风扇流场的影响–叶尖型线作必要改动以使气动载荷前移添加标题谢谢！添加标题附录：声学基础声压：介质压强的变化量P—介质未受扰动时的静压强P0—介质受到声扰动时的压强有效声压：其中T为时间间隔。0pPPTedtpTp021添加标题声压级（噪声）•其中pref为参考声压空气参考声压水参考声压通过这些公式，可从瞬态压力场得到声压级，如算例中挡板后取样点处的噪声约为60dBdBppSPLrefe)lg(20Papref20Papref1