汽車(chē)空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)降噪優(yōu)化

胡世健，敬文博，范金永（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車(chē)空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)降噪優(yōu)化

胡世健，敬文博，范金永
（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：文章通過(guò)CFD對(duì)汽車(chē)空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)蝸殼、扇葉進(jìn)行優(yōu)化，改善鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)，在滿足原鼓風(fēng)機(jī)性能要求的前提下，實(shí)現(xiàn)降低鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證滿足要求，為其他車(chē)型進(jìn)行空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)降噪優(yōu)化提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：鼓風(fēng)機(jī)；降噪；CFD

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.008

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-17-03

引言

汽車(chē)NVH指噪音（Noise）、振動(dòng)（Vibration）和聲振粗糙度（Harshness）。噪聲和振動(dòng)通常聯(lián)系在一起。聲振粗糙度指噪聲和振動(dòng)的品質(zhì)，是指人體對(duì)振動(dòng)和噪聲的主觀感受。隨著人們生活水平的提升，汽車(chē)不再僅僅是代步工具，人們對(duì)汽車(chē)NVH性能提出更高的要求。在空調(diào)系統(tǒng)中，鼓風(fēng)機(jī)是主要的噪音源，鼓風(fēng)機(jī)性能被客戶直觀感受，鼓風(fēng)機(jī)噪音的大小，影響該車(chē)型品質(zhì)感。鼓風(fēng)機(jī)噪音與鼓風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和風(fēng)量有直接關(guān)系，某車(chē)型M1希望在保證空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)性能的情況下，通過(guò)對(duì)鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)降噪2dB(A)，提高整車(chē)的品質(zhì)感。

1、鼓風(fēng)機(jī)噪音分類(lèi)

噪聲從頻率的角度可以分為離散和寬頻噪聲，鼓風(fēng)機(jī)噪音本質(zhì)上是離散噪聲與寬帶噪聲的疊加。

寬帶噪聲指由湍流引起的噪聲，主要包括：

1）邊界層中的湍流；

2）來(lái)自固體表面的渦流脫落；

3）脫流來(lái)流和固體表面的撞擊。

離散噪聲：葉輪葉片的旋轉(zhuǎn)壓力場(chǎng)和壓力脈動(dòng)與固體壁面相互作用產(chǎn)生的噪聲。

葉片均勻分布葉輪旋轉(zhuǎn)噪聲的頻率計(jì)算方法：

式中n—葉輪每分鐘轉(zhuǎn)速r/min；z—葉輪葉數(shù)；i=1,2,3，……諧波序列；

離散噪聲具有離散的頻譜特性，基頻（i=1時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率）噪聲最強(qiáng)，高次諧波依此遞減，理論上增加鼓風(fēng)機(jī)扇葉可以降低鼓風(fēng)機(jī)噪音。

2、氣動(dòng)聲學(xué)模型

根據(jù)萊特希爾（Lighthill）流體聲學(xué)理論，流場(chǎng)中的理想化聲源模型可以認(rèn)為由三種線性聲學(xué)中的典型聲源—單極子聲源（Monopole Source），偶極子源（Dipole Source），四極子聲源（Quadrupole Source）組成。

單極子聲源：媒質(zhì)中流入的質(zhì)量或熱量不均勻時(shí)形成聲源。

偶極子聲源：當(dāng)流體中障礙物存在時(shí)，流體與物體產(chǎn)生的不穩(wěn)定反作用力形成偶極子聲源。

四極子聲源：媒質(zhì)中如果沒(méi)有質(zhì)量或者熱量的注入，也沒(méi)有障礙物的存在，唯有粘滯應(yīng)力可能輻射聲波。

式中ρ—?dú)怏w密度；L—有關(guān)長(zhǎng)度；v—流速；c—空氣中聲速。

由公式可以看出：?jiǎn)螛O子聲源的聲功率與流速4次方成正比，雙極子聲源的聲功率與流速6次方成正比，四極子聲源的聲功率與流速8次方成正比。隨著流速的增加，氣動(dòng)噪聲的聲功率將急劇升高。對(duì)于噪聲源，降低該處的流速是最直接的降噪方案。同時(shí)實(shí)踐證明，離心風(fēng)機(jī)的噪聲源主要是雙極子聲源。

3、降噪方法

針對(duì)鼓風(fēng)機(jī)常用降噪方法：

1）增加蝸舌間隙；

2）傾斜蝸舌的方法。

這兩種方法既影響離散噪聲，又影響寬帶噪聲。但是這兩種方法不是相互疊加的，一旦用兩種方法中的任何一種取得較大噪聲效果，再用另外一種方法的作用會(huì)小很多。

4、優(yōu)化點(diǎn)

1）蝸舌間隙從5.8提升至7.5mm；

2）輪廓基本沒(méi)有超出原設(shè)計(jì)，僅在靠近蝸舌的一側(cè)超出約2.5mm，不存在干涉問(wèn)題；

3）葉輪高度73.2mm變更為75.2mm；

4）單圓弧等厚度葉型變更為多圓弧變厚葉型；

5）入口角度由90°變更為75°；

6）出口角度由152°變更為160°。

說(shuō)明：虛線為原狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)為優(yōu)化狀態(tài)。

5、CFD分析

通過(guò)CFD進(jìn)行分析，優(yōu)化后的鼓風(fēng)機(jī)在相同狀態(tài)下，性能要優(yōu)于原狀態(tài)，從而可以通過(guò)降低鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速約200r/min實(shí)現(xiàn)降噪，但是優(yōu)化后的鼓風(fēng)機(jī)扭矩變大，需要提升鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)效率。

表1　風(fēng)量-壓降-扭矩CFD分析值

6、試驗(yàn)驗(yàn)證

按照理論設(shè)計(jì)，制作CNC樣件（按照CFD分析更換電機(jī)），進(jìn)行優(yōu)化狀態(tài)與原狀態(tài)對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、表3。優(yōu)化后的狀態(tài)，在同等風(fēng)量情況下，

試驗(yàn)結(jié)果與分析相符。

表2　原狀態(tài)鼓風(fēng)機(jī)性能

表3　優(yōu)化狀態(tài)鼓風(fēng)機(jī)性能

7、結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)汽車(chē)空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)蝸殼及扇葉進(jìn)行修改，使內(nèi)部氣流場(chǎng)流動(dòng)通暢，在不改變鼓風(fēng)機(jī)性能的情況下，降低鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)降噪目標(biāo)。

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Analysis optimization for auto A/C blower denoise

Hu Shijian, Jing Wenbo, Fan Jinyong
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Abstract:A CFD analysis was carried out to optimize the volute and fan blade of the Automotive air conditioning blower and improve the internal flow field of an automobile air conditioning blower. After analysis, the optimized design will meet the performance requriements of the blower with lower rotating speed. Testing the optimized model we found that the air output and noise level meet the performance requriements which can be used to optimize other automobile air conditioning blowers.

Keywords:A/C blower; denoise; CFD

作者簡(jiǎn)介：胡世健，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心。

中圖分類(lèi)號(hào)：U467.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2015)10-17-03