空調(diào)室外機(jī)的導(dǎo)風(fēng)圈結(jié)構(gòu)對風(fēng)量噪音的影響研究

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1 引言

隨著人們生活水平的提高，空調(diào)已經(jīng)進(jìn)入千家萬戶，而室外機(jī)噪音大是一個普遍的用戶痛點(diǎn)，如何有效的降低空調(diào)室外機(jī)的運(yùn)行噪音，一直以來都是人們研究的熱點(diǎn)課題[1]。

與眾多軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)道相比，空調(diào)室外機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對緊湊復(fù)雜[2]。室外機(jī)的運(yùn)行噪聲主要包括3個方面：氣動噪聲、高頻噪聲和振動噪聲[3]。國內(nèi)外學(xué)者基于空調(diào)室外機(jī)噪聲進(jìn)行了諸多實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析的研究。歐陽華[4]應(yīng)用PIV和CFD相結(jié)合的方法，研究室外機(jī)的上下并聯(lián)軸流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的氣動及聲學(xué)特性，結(jié)果表明尾緣渦脫落噪聲是主要的噪聲源，并采用噪聲預(yù)測模型預(yù)測了室外機(jī)的噪聲，研究結(jié)果滿足實(shí)際工程所需。丁國良[5]等通過研究導(dǎo)流罩對空調(diào)器室外機(jī)噪聲的影響，提出可優(yōu)化設(shè)計(jì)導(dǎo)流罩的方案。Jiang Tian[6]等通過采用PIV法測量空調(diào)室外機(jī)的流場，建立了流場與噪聲的輻射關(guān)系，并捕捉到了室外機(jī)軸流風(fēng)機(jī)葉頂渦結(jié)構(gòu)以及其運(yùn)動軌跡。Jang[7]等采用LDV法詳細(xì)測量了葉片頂部與導(dǎo)風(fēng)罩間的復(fù)雜流場，為風(fēng)機(jī)葉片及導(dǎo)風(fēng)罩優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。Caro[8]等研究了類似空調(diào)器室外機(jī)結(jié)構(gòu)的車載制冷系統(tǒng)，表明進(jìn)氣紊流和尾緣渦脫落會增加軸流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的寬頻噪聲。游斌等[9]采用數(shù)值分析和PIV實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，深入研究了空調(diào)軸流風(fēng)機(jī)的旋渦流動現(xiàn)象。田杰等[10]采用PIV技術(shù)研究了空調(diào)器室外機(jī)軸流風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流場，分析了葉尖渦及尾緣渦的流動特性。Yasuhiko[11]為提高氣動性能和降低噪聲特性，通過研究修改葉片擴(kuò)壓器的外形，并用丹麥B&K4133型聲壓傳感器測量了不同外形擴(kuò)壓器對離心葉輪噪聲頻譜的影響。

本文通過實(shí)驗(yàn)研究了空調(diào)室外機(jī)前面板導(dǎo)風(fēng)圈的高度、長度和弧形段對風(fēng)量噪音的影響，以期為室外機(jī)的開發(fā)設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)?？照{(diào)室外機(jī)前面板和導(dǎo)風(fēng)圈結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 實(shí)驗(yàn)

以2匹定速室外機(jī)為實(shí)驗(yàn)箱體，采用交流電機(jī)調(diào)節(jié)電壓改變風(fēng)輪轉(zhuǎn)速方案，研究了不同電壓下不同轉(zhuǎn)速的送風(fēng)風(fēng)量及制熱工況下的送風(fēng)噪音。其中送風(fēng)風(fēng)量于常溫下測試，制熱工況為外機(jī)制冷7℃環(huán)境工況，交流電機(jī)配4uF電容。實(shí)驗(yàn)電壓及對應(yīng)轉(zhuǎn)速如表1所示。（出于技術(shù)保護(hù)需求，具體的機(jī)型和有關(guān)設(shè)備型號未示出，核心實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用字母代替。）

3 結(jié)果與討論

空調(diào)室外機(jī)的導(dǎo)風(fēng)圈位于面板出風(fēng)口處，對由軸流風(fēng)輪驅(qū)動的空氣流體起導(dǎo)風(fēng)效果，其結(jié)構(gòu)長度、高度及弧形段對送風(fēng)風(fēng)量和噪音起到舉足輕重的作用。

3.1 導(dǎo)風(fēng)圈的長度對風(fēng)量噪音的影響

通過制作不同長度導(dǎo)風(fēng)圈的前面板，裝配替換初始長度導(dǎo)風(fēng)圈的面板，導(dǎo)風(fēng)圈長度如圖2所示。測試了不同長度的導(dǎo)風(fēng)圈送風(fēng)風(fēng)量及噪音，結(jié)果如表2、圖3和圖4所示。

由表2數(shù)據(jù)和圖3可知，同一導(dǎo)風(fēng)圈隨著轉(zhuǎn)速提高，風(fēng)量增加。同一轉(zhuǎn)速下，不同導(dǎo)風(fēng)圈風(fēng)量不同，不同的導(dǎo)風(fēng)圈隨導(dǎo)風(fēng)圈長度增加風(fēng)量增加。當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈長度增加為a時，同轉(zhuǎn)速下風(fēng)量增加35～65方，當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈長度增加為b時，同轉(zhuǎn)速下風(fēng)量增加60～85方，當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈長度增加為c時，同轉(zhuǎn)速下風(fēng)量增加65～100方。表明加長導(dǎo)風(fēng)圈有利于提升室外機(jī)的送風(fēng)風(fēng)量。

由表2數(shù)據(jù)和圖4可知，同一長度導(dǎo)風(fēng)圈隨著風(fēng)量增加，噪音增大。不同長度的導(dǎo)風(fēng)圈，同風(fēng)量下噪音不同，隨著導(dǎo)風(fēng)圈的長度增加，噪音依次減小，當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈長度由a增加至b、c至d時，噪音下降0.5～1dB，表明加長導(dǎo)風(fēng)圈具有提風(fēng)量降噪音的效果。

3.2 導(dǎo)風(fēng)圈的弧形段對風(fēng)量噪音的影響

通過制作不同弧形段結(jié)構(gòu)導(dǎo)風(fēng)圈的前面板，導(dǎo)風(fēng)圈弧形段如圖5所示，測試了不同弧形段的導(dǎo)風(fēng)圈送風(fēng)風(fēng)量及噪音，結(jié)果如表3、圖6和圖7所示。

由表3數(shù)據(jù)和圖6可知，同一弧形段導(dǎo)風(fēng)圈隨著轉(zhuǎn)速提高，室外機(jī)的送風(fēng)風(fēng)量增加。同一轉(zhuǎn)速下，不同弧形段的導(dǎo)風(fēng)圈風(fēng)量不同，不同的導(dǎo)風(fēng)圈隨導(dǎo)風(fēng)圈弧形段增加風(fēng)量先增加，后減小。當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈弧形段由r增加至R時，風(fēng)量增加30～140方，當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈弧形段由R增加至RR時，風(fēng)量下降30～80方。表明室外機(jī)的送風(fēng)風(fēng)量隨導(dǎo)風(fēng)圈弧形段的增加先增加、后下降，導(dǎo)風(fēng)圈的弧形段等于R時最佳。

由表3數(shù)據(jù)和圖7可知，同一弧形段導(dǎo)風(fēng)圈隨著風(fēng)量增加，噪音增大。不同弧形段的導(dǎo)風(fēng)圈，同風(fēng)量下噪音不同，隨著導(dǎo)風(fēng)圈弧形段的增加，噪音先減小后增大。當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈弧形段由r增加至R時，噪音下降0.5～1dB，當(dāng)弧形段由R增加至RR時，噪音上升0.5dB，表明當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈弧形段為R時，對室外機(jī)提風(fēng)量降噪音最有利。

表1 實(shí)驗(yàn)條件

圖1 室外機(jī)前面板及導(dǎo)風(fēng)圈示意圖

圖2 導(dǎo)風(fēng)圈的長度(圖中截面標(biāo)黃段)

圖3 導(dǎo)風(fēng)圈長度對室外機(jī)風(fēng)量的影響

圖4 導(dǎo)風(fēng)圈的長度對室外機(jī)噪音的影響

圖5 導(dǎo)風(fēng)圈的弧形段(圖中截面標(biāo)黃段)

圖6 弧形段對室外機(jī)風(fēng)量的影響

圖7 弧形段對室外機(jī)噪音的影響

表2 導(dǎo)風(fēng)圈長度對室外機(jī)風(fēng)量噪音的影響

3.3 導(dǎo)風(fēng)圈的高度對風(fēng)量噪音的影響

通過制作不同高度導(dǎo)風(fēng)圈的前面板，裝配替換初始高度導(dǎo)風(fēng)圈的面板，導(dǎo)風(fēng)圈高度如圖8所示。測試了不同高度導(dǎo)風(fēng)圈的送風(fēng)風(fēng)量及噪音，結(jié)果如表4、圖9和圖10所示。

由表4數(shù)據(jù)和圖9可知，同一高度導(dǎo)風(fēng)圈隨著轉(zhuǎn)速提高，室外機(jī)的送風(fēng)風(fēng)量增加。同一轉(zhuǎn)速下，不同高度的導(dǎo)風(fēng)圈風(fēng)量不同，不同的導(dǎo)風(fēng)圈隨導(dǎo)風(fēng)圈高度增加風(fēng)量增加。當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈高度由h增加至H時，風(fēng)量增加50方，表明增加導(dǎo)風(fēng)圈高度有利于提升室外機(jī)的送風(fēng)風(fēng)量。

由表4數(shù)據(jù)和圖10可知，同一高度導(dǎo)風(fēng)圈隨著風(fēng)量增加，噪音增大。不同高度的導(dǎo)風(fēng)圈，同風(fēng)量下噪音不同，隨著導(dǎo)風(fēng)圈高度的增加，同風(fēng)量下噪音減小。當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈高度由h增加至H時，同風(fēng)量下噪音下降0.3～0.5dB，表明增加導(dǎo)風(fēng)圈高度有利于室外機(jī)提風(fēng)量降噪音。

3.4 鈑金材質(zhì)及加工工藝對導(dǎo)風(fēng)圈結(jié)構(gòu)的影響

通過前文的分析討論可知，導(dǎo)風(fēng)圈的長度和高度對室外機(jī)的風(fēng)量和噪音均有正向作用，導(dǎo)風(fēng)圈的弧形段R也會影響室外機(jī)的風(fēng)量和噪音，然而導(dǎo)風(fēng)圈的長度、高度和弧形段均受到所用鈑金的材質(zhì)和加工工藝的限制。

空調(diào)室外機(jī)常用的熱鍍鋅板型號主要有DX51D、DX52D、DX53D和DX54D，它們軟硬程度不同。通常情況下，鈑材型號從51D～60D，硬度依次減小，板材中Cr含量逐漸增加，隨著Cr含量增加，材料越來越軟，可沖壓拉伸性能越來越好，但經(jīng)濟(jì)成本也越來越高。前面板的加工工藝主要包括拉伸、沖壓、折彎、卷曲和表面噴涂，其中決定導(dǎo)風(fēng)圈參數(shù)（長度、高度和弧形段）最重要的工序?yàn)槔旌途砬?，鈑材中添加鉻作為合金元素以后，促使其內(nèi)部的矛盾運(yùn)動向有利于抵抗破壞的方面發(fā)展，若選用低Cr含量的鈑金，導(dǎo)風(fēng)圈在拉伸工序時，極易導(dǎo)致開裂現(xiàn)象。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和可加工性，2匹定速室外機(jī)的前面板選擇了DX54D鈑材（低匹數(shù)小外機(jī)前面板對拉伸性能要求低，可優(yōu)選經(jīng)濟(jì)性更好的DX53D鈑材）。

表3 弧形段對室外機(jī)風(fēng)量噪音的影響

表4 導(dǎo)風(fēng)圈高度對室外機(jī)風(fēng)量噪音的影響

圖8 導(dǎo)風(fēng)圈的高度

圖9 導(dǎo)風(fēng)圈高度對室外機(jī)風(fēng)量的影響

圖10 導(dǎo)風(fēng)圈高度對室外機(jī)噪音的影響

4 結(jié)論

（1）隨著導(dǎo)風(fēng)圈長度的增加，風(fēng)量增加，當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈長度由a增加至c時，風(fēng)量可增加35～100方。隨著風(fēng)量的增加，噪音增大，當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈長度由a增加至c時，同風(fēng)量下噪音減小0.5-1dB。表明加長導(dǎo)風(fēng)圈具有提風(fēng)量降噪音的作用；

（2）隨著導(dǎo)風(fēng)圈弧形段的增加，風(fēng)量先增加后下降，當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈弧形段由r增加至R時，風(fēng)量可增加30～140方，當(dāng)弧形段由R增加至RR后，風(fēng)量下降30～80方。隨著風(fēng)量的增加，噪音增大，當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈弧形段由r增加至RR時，同風(fēng)量下噪音先減小0.5～1dB，后上升0.5dB。表明導(dǎo)風(fēng)圈弧形段為R時最有利于室外機(jī)提風(fēng)量降噪音；

（3）隨著導(dǎo)風(fēng)圈高度的增加，風(fēng)量增加，當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈高度由h增加至H時，風(fēng)量可增加50方。隨著風(fēng)量的增加，噪音增大，當(dāng)導(dǎo)風(fēng)圈高度由h增加至H時，同風(fēng)量下噪音減小0.3～0.5dB。表明加高導(dǎo)風(fēng)圈具有提風(fēng)量降噪音的作用；

（4）導(dǎo)風(fēng)圈的長度和高度對室外機(jī)提風(fēng)量降噪音有正向作用，但這種正向作用受到鈑金材質(zhì)和加工工藝的限制。

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