油煙機(jī)聲學(xué)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

黃偉稀，許影博，邱躍統(tǒng)，胡志寬

（中國船舶科學(xué)研究中心 船舶振動(dòng)噪聲重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214082）

風(fēng)量、風(fēng)壓與噪聲是油煙機(jī)三大性能參數(shù)，風(fēng)量與風(fēng)壓是功能性指標(biāo)，而噪聲主要影響用戶使用體驗(yàn)，是決定產(chǎn)品舒適性的關(guān)鍵要素，具備低噪聲與良好聲品質(zhì)對提高產(chǎn)品競爭力具有重要意義。油煙機(jī)的核心部件是多翼離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)量和噪聲的影響因素十分復(fù)雜，離心風(fēng)機(jī)噪聲由殼體振動(dòng)輻射噪聲與氣動(dòng)噪聲組成，研究表明[1-3]，對于小型離心風(fēng)機(jī)，殼體振動(dòng)輻射噪聲可忽略不計(jì)，氣動(dòng)噪聲是離心風(fēng)機(jī)的主要噪聲源。

由離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲產(chǎn)生機(jī)理可知，其噪聲控制本質(zhì)上是對離心風(fēng)機(jī)內(nèi)流場的改變。根據(jù)萊特希爾理論，這種改變可以減小離心風(fēng)機(jī)的蝸舌、葉輪及蝸殼上的壓力脈動(dòng)從而減小偶極子噪聲強(qiáng)度，也可以通過改善流場來減小四極子噪聲強(qiáng)度，特別是對于廣泛應(yīng)用于家電行業(yè)的多翼離心風(fēng)機(jī)，其內(nèi)部流場復(fù)雜、效率較低，渦流噪聲（即四極子聲源）比重比一般工業(yè)通風(fēng)機(jī)要高，流場的改善能較為顯著地減小氣動(dòng)噪聲。

蝸舌作為離心風(fēng)機(jī)離散噪聲產(chǎn)生的主要部位，針對蝸舌的形狀與位置對離散噪聲的影響，許多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。研究表明，蝸舌形狀與安裝間隙的微小改變將會(huì)引起離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)噪聲的較大改變[4]，由于葉片射流尾跡的存在，葉輪出口周向速度的分布不均勻，而且在越靠近葉輪出口的地方這種不均勻性越明顯，當(dāng)蝸舌離葉輪出口距離較小時(shí)，這種不穩(wěn)定流對蝸舌的沖擊將造成較大的壓力波動(dòng)，這種壓力波動(dòng)是產(chǎn)生離散噪聲的一個(gè)重要原因[5]。Sandra等[6]與Cai等[7]對離心風(fēng)機(jī)的蝸舌安裝角度與蝸舌間距等參數(shù)對離心風(fēng)機(jī)噪聲的影響進(jìn)行了數(shù)值分析與試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，傾斜蝸舌降噪效果明顯，有利于降低離散噪聲，增加蝸舌間距可降低寬頻噪聲，最大降噪量可達(dá)5 dB。孫少明等[8]將仿生形態(tài)薄膜帖敷與蝸舌表面的方法應(yīng)用于離心風(fēng)機(jī)降噪設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算，結(jié)果表明，仿生蝸舌在較大程度上減小了氣流對蝸舌的沖擊，致使脫落渦流延遲或減少，蝸舌表面紊流邊界層壓力脈動(dòng)強(qiáng)度降低，從而降低了噪聲。

葉片形式主要影響寬帶噪聲，前人針對葉片形狀與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了諸多工作。Brook等[9]研究了機(jī)翼型葉片對寬帶噪聲的降噪機(jī)理，研究表明機(jī)翼型葉片能改善其邊界層以及減少邊界層脫落所形成的渦流，對降噪風(fēng)機(jī)寬帶噪聲有明顯作用；Heo Seung等[10]的研究結(jié)果表明，機(jī)翼型葉片對降低離心風(fēng)機(jī)寬帶噪聲也有明顯作用；Chen等[11]設(shè)計(jì)了一種基于長耳鶚型線的仿生葉片，試驗(yàn)測量表明，采用仿生葉片的離心風(fēng)機(jī)流量有所提高，而噪聲有所下降。劉小民等[12]研究了多元耦合仿生葉片的降噪機(jī)理及其對多翼離心風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能與噪聲特性的影響，結(jié)果顯示，采用多元耦合仿生葉片的風(fēng)機(jī)噪聲下降1.5 dB，而風(fēng)量與風(fēng)壓基本不變。

除蝸舌與葉片設(shè)計(jì)外，蝸殼型線[13-14]、蝸殼寬度、進(jìn)口集流器[15]、葉片進(jìn)出口安裝角等也是影響離心風(fēng)機(jī)噪聲的重要因素。

針對油煙機(jī)風(fēng)量與噪聲優(yōu)化目標(biāo)，曹志坤[16]與王迪[17]分別采用“評價(jià)函數(shù)法”與正交試驗(yàn)方法進(jìn)行了風(fēng)量與噪聲的雙目標(biāo)優(yōu)化研究，給出了油煙機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣動(dòng)性能與噪聲的影響規(guī)律與最終優(yōu)化結(jié)果，但未進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，輻射噪聲計(jì)算也未包括寬帶渦流噪聲。在油煙機(jī)產(chǎn)品降噪方面，國內(nèi)的“方太”廚具有限公司做了較多的研究與改進(jìn)，其“云魔方”系列歐式油煙機(jī)采用了多項(xiàng)降噪技術(shù)，包括鸚鵡螺蝸殼型線設(shè)計(jì)、仿生羽翼葉片、傾斜蝸舌、多孔材料吸聲與電機(jī)隔振等綜合措施，取得了滿意的降噪效果，但氣動(dòng)性能有所下降。

針對油煙機(jī)風(fēng)量與噪聲的矛盾性，在提高風(fēng)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低噪聲是設(shè)計(jì)中的難題，本文在綜合離心風(fēng)機(jī)降噪技術(shù)的基礎(chǔ)上，從宏觀角度采用大葉輪低轉(zhuǎn)速的原則開展油煙機(jī)的噪聲控制研究，針對葉輪寬度、葉片進(jìn)出口安裝角、蝸舌半徑、葉輪蝸舌間隙、葉輪蝸殼軸向間隙等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，基于數(shù)值模擬與試驗(yàn)測試，經(jīng)過多次方案設(shè)計(jì)、數(shù)值計(jì)算、試驗(yàn)驗(yàn)證流程進(jìn)行反復(fù)迭代，分析了油煙機(jī)氣動(dòng)性能、噪聲與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，提出了相應(yīng)的低噪聲設(shè)計(jì)原則，并應(yīng)用于某型號(hào)油煙機(jī)的改型設(shè)計(jì)，取得了滿意的效果。

1 油煙機(jī)聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)

本文基于數(shù)值模擬的正交試驗(yàn)分析了葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)與風(fēng)量、噪聲之間的關(guān)系，同時(shí)考慮蝸殼型線設(shè)計(jì)，根據(jù)油煙機(jī)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用條件對國內(nèi)某型號(hào)油煙機(jī)開展氣動(dòng)與低噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)，油煙機(jī)功率200 W，最大風(fēng)量18 m3/min，最大風(fēng)壓320 Pa，改型設(shè)計(jì)要求外殼形狀尺寸不變，原有風(fēng)量風(fēng)壓指標(biāo)不變，原型機(jī)整機(jī)三維模型見圖1。

圖1 原型機(jī)三維結(jié)構(gòu)

1.1 葉輪優(yōu)化

油煙機(jī)內(nèi)多翼離心風(fēng)機(jī)的蝸殼葉輪系統(tǒng)是油煙機(jī)的主要噪聲源，蝸殼與葉輪兩部分作為一個(gè)整體進(jìn)行優(yōu)化，在氣動(dòng)性能（風(fēng)量、風(fēng)壓）不下降的情況下降低噪聲。主要從以下因素進(jìn)行改型設(shè)計(jì)：

（1）轉(zhuǎn)速；

（2）葉輪直徑、寬度，葉片進(jìn)出口角度、葉片弧長；

（3）蝸殼型線、蝸舌半徑、蝸舌葉輪間距、葉輪蝸殼軸向間隙。

1.1.1 寬葉輪設(shè)計(jì)

基于葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)與風(fēng)量、噪聲的關(guān)系分析，在相同轉(zhuǎn)速條件下，增大葉輪寬度可有效提高氣動(dòng)性能（風(fēng)量、風(fēng)壓），但不明顯增大噪聲；另一方面，離心風(fēng)機(jī)噪聲聲功率與葉輪輪緣速度的5次方成正比：

式中：D為葉輪直徑，u為輪緣速度。

葉輪輪緣速度與轉(zhuǎn)速成正比，因此降低轉(zhuǎn)速可明顯降低風(fēng)機(jī)噪聲。增大葉輪寬度可使油煙機(jī)電機(jī)負(fù)載增大，使轉(zhuǎn)速明顯降低從而降低其噪聲；此時(shí)，雖然葉輪轉(zhuǎn)速降低，但增大的葉輪寬度提高了風(fēng)機(jī)做功面積，使風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能得到提高，兩個(gè)因素共同影響下可使風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能基本保持不變。

改進(jìn)方案將葉輪寬度增大了24 mm，總寬度達(dá)到145 mm，使得葉輪兩側(cè)分布較均勻，葉輪右側(cè)部分負(fù)載較之前有所增大，同時(shí)葉輪左右兩側(cè)由全隔離改為部分連通結(jié)構(gòu)，增加右側(cè)進(jìn)風(fēng)空間（見圖2），配合主進(jìn)風(fēng)側(cè)形成有效的雙進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)，可改善油煙機(jī)的氣動(dòng)性能。改進(jìn)后的葉輪蝸殼系統(tǒng)由于負(fù)載增大，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速明顯降低，油煙機(jī)輻射噪聲降低，而風(fēng)量風(fēng)壓可保持與原型機(jī)相等。另外，葉輪兩側(cè)比例更改后可使油煙機(jī)的中低頻噪聲得到明顯改善。

圖2 改型前后的葉輪效果圖

1.1.2 葉片角度及弧長優(yōu)化

離心風(fēng)機(jī)葉片角度及弧長對風(fēng)量風(fēng)壓及噪聲均有較大影響，進(jìn)口角度主要影響風(fēng)量，而出口角主要影響噪聲。為使氣流無撞擊地流入葉槽，葉片進(jìn)口處的氣流相對速度應(yīng)盡量與葉片入口部分的表面相切，因此，適當(dāng)減小葉片入口角可有效提高風(fēng)量。另外，由于改進(jìn)后的葉片圓弧半徑減小，為避免葉片流道的氣流損失增大，應(yīng)減小葉片弧長。葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)見圖3，改型機(jī)葉片出口角度與原型機(jī)相同，進(jìn)口角度由95°改為77°，葉片圓弧半徑由21 mm改為14 mm，弧長對應(yīng)的圓心角由80°改為95°，弧長由29.3 mm改為23.2 mm。優(yōu)化前后的葉輪效果見圖4。

圖3 葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖

圖4 改型前后的葉輪葉片角度效果

1.2 蝸殼參數(shù)優(yōu)化

除了葉輪之外，蝸殼的結(jié)構(gòu)參數(shù)也對離心風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生重要影響，蝸殼結(jié)構(gòu)參數(shù)包括蝸殼型線、蝸舌半徑以及蝸舌葉輪徑向間隙與蝸殼葉輪軸向間隙等。增大蝸舌半徑及蝸舌葉輪間隙可明顯降低寬帶噪聲與離散噪聲，但同時(shí)要求蝸殼尺寸增大。蝸殼與葉輪的軸向間隙對氣動(dòng)性能有明顯影響，間隙過大可導(dǎo)致氣體從葉輪出口處向間隙中回流從而降低其氣動(dòng)性能，因此設(shè)計(jì)合理的間隙尺寸對油煙機(jī)性能至關(guān)重要。

基于以上分析，結(jié)合改型葉輪尺寸及油煙機(jī)殼體的實(shí)際安裝空間，采用以下改進(jìn)方案：

(1)蝸殼型線改

為阿基米德螺旋線；

(2)蝸舌半徑由8.7 mm增加至10 mm，且蝸舌圓弧對應(yīng)的圓心角由107°增加至160°；

(3)蝸舌葉輪徑向間隙由10.3 mm改為11.5 mm；

(4)蝸殼葉輪軸向間隙由16.8 mm改為12.8 mm，兩側(cè)間隙各減小4 mm。改進(jìn)前后的蝸殼效果見圖5，葉輪蝸殼系統(tǒng)效果見圖6，整機(jī)效果見圖7。

圖5 改型前后的蝸殼結(jié)構(gòu)

圖6 改型前后的葉輪蝸殼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 改型前后的油煙機(jī)整機(jī)對比

2 流場計(jì)算與分析

2.1 建模及網(wǎng)格劃分

對改型前后的油煙機(jī)流體域進(jìn)行三維建模，利用ANSYS Workbench軟件對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于油煙機(jī)內(nèi)部的葉輪是旋轉(zhuǎn)部件，因此需要對模型進(jìn)行分區(qū)劃分網(wǎng)格，并在兩個(gè)區(qū)域連接的部分建立Interface交界面，從而實(shí)現(xiàn)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)網(wǎng)格的設(shè)置。

由于葉片厚度很小，展向長度和厚度比極大，要對葉片的厚度進(jìn)行識(shí)別需要的網(wǎng)格尺度也很小。如果采用四面體網(wǎng)格會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格量巨大，因此在該區(qū)域采用六面體網(wǎng)格。一方面六面體網(wǎng)格可以提高網(wǎng)格質(zhì)量，同時(shí)還可以降低網(wǎng)格數(shù)量。如圖8所示。

圖8 葉輪區(qū)網(wǎng)格

圖8給出了葉輪區(qū)網(wǎng)格，可以看出采用六面體網(wǎng)格后可以在展向上有比較大的拉伸比，從而降低了網(wǎng)格數(shù)量，也提高了網(wǎng)格質(zhì)量。蝸殼網(wǎng)格如圖9所示。由于蝸殼幾何結(jié)構(gòu)不規(guī)則，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在這部分區(qū)域采用四面體網(wǎng)格。

圖9 蝸殼和外殼網(wǎng)格

2.2 數(shù)值模擬相關(guān)設(shè)置

2.2.1 工作介質(zhì)

抽油煙機(jī)內(nèi)部流動(dòng)屬于三維非穩(wěn)態(tài)的紊流流動(dòng)，為在現(xiàn)有的計(jì)算條件下最大限度地反映出實(shí)際情況，對工作介質(zhì)做如下假設(shè)：由于吸油煙機(jī)中速度壓力不大，忽略空氣密度變化，假設(shè)流動(dòng)為不可壓流動(dòng)，視氣體的物性為常數(shù)；假設(shè)流動(dòng)中無熱量交換。依據(jù)我國規(guī)定的風(fēng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：以空氣作為工作介質(zhì)，環(huán)境壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，溫度條件為293 K(20°)，相對濕度為50 %?？諝獾拿芏葹?.225 kg/m3，黏度為1.789×10-5kg/(m·s)

2.2.2 旋轉(zhuǎn)區(qū)域的處理

對于在透平機(jī)械中數(shù)值模擬區(qū)域存在不同轉(zhuǎn)速區(qū)域的流動(dòng)問題或者模擬動(dòng)區(qū)和靜區(qū)的流動(dòng)問題，F(xiàn)LUENT分為坐標(biāo)系變化（Frame motion）和網(wǎng)格變化（Mesh motion）兩種。本文選擇網(wǎng)格變化，可以模擬葉輪在蝸殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程，更接近物理實(shí)際。動(dòng)區(qū)和靜區(qū)的劃分如圖10所示，在動(dòng)區(qū)的外壁和靜區(qū)的內(nèi)壁面設(shè)置Interface交界面，實(shí)現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)過程中兩個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)交換。

圖10 動(dòng)區(qū)和靜區(qū)

2.2.3 邊界條件的設(shè)置

葉輪區(qū)域使用網(wǎng)格變化，流體設(shè)置轉(zhuǎn)速為898 r/min；旋轉(zhuǎn)中心為葉輪的中心線。計(jì)算區(qū)域流體的進(jìn)口為外殼的進(jìn)口，計(jì)算區(qū)域流體的出口為蝸殼出口。進(jìn)口邊界條件為：壓力進(jìn)口邊界條件，設(shè)置進(jìn)口的靜壓為0 Pa，湍流強(qiáng)度為5%，水力直徑原型機(jī)為0.298 m，改型機(jī)為0.325 m。出口邊界條件為：壓力出口邊界條件，設(shè)置出口的靜壓分別為0 Pa、8 Pa、26 Pa、49 Pa、79 Pa、119 Pa、162 Pa，湍流強(qiáng)度為5%，水力直徑為0.157 m。

2.2.4 數(shù)值模擬方法

選用k-ω湍流模型，SIMPLEC壓力速度耦合算法求解，2階迎風(fēng)格式。

2.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

出口靜壓為120 Pa時(shí)原型機(jī)中心剖面上的壓力與速度分布分別見圖11與圖12，流量計(jì)算結(jié)果為7 m3/min。可以看到，油煙機(jī)出口位置的靜壓明顯高于其他位置，動(dòng)壓在出口處明顯減小。出口處速度明顯降低，并且高速區(qū)域增大，擴(kuò)展到整個(gè)葉輪的頂端部分。表明空氣通過渦舌部分的回流較強(qiáng)，導(dǎo)致只有少部分空氣從渦殼的出口流出，大部分空氣隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)在渦殼內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。從動(dòng)壓和速度矢量圖可以看出，在該背壓下，在渦舌與葉輪之間的區(qū)域壓力導(dǎo)致葉輪旋轉(zhuǎn)到該部分，葉輪葉珊通道內(nèi)發(fā)生堵塞，空氣無法通過葉珊流出，甚至出現(xiàn)倒流，從而導(dǎo)致在葉輪的內(nèi)部區(qū)域動(dòng)壓和速度升高。

圖11 原型機(jī)壓力分布（z=0剖面，出口靜壓P=120 Pa）

圖12 原型機(jī)速度分布（z=0剖面，出口靜壓P=120 Pa）

出口靜壓為120 Pa時(shí)改型機(jī)中心剖面上的壓力與速度分布分別見圖13與圖14。可以看到，相比原型機(jī)，改型機(jī)的出口流場得到有效改善，出口動(dòng)壓與出口速度分布更為均勻，回流現(xiàn)象得到改善。相同轉(zhuǎn)速下改型機(jī)流量計(jì)算結(jié)果為12 m3/min，高于原型機(jī)的7 m3/min。

圖13 改型機(jī)壓力分布（z=0剖面，出口靜壓P=120 Pa）

圖14 改型機(jī)速度分布（z=0剖面，出口靜壓P=120 Pa）

2.4 流場分析

由數(shù)值模擬結(jié)果可知，原型機(jī)在葉輪頂端沿展向方向速度分布強(qiáng)烈不均，導(dǎo)致在葉輪和渦殼之間的通道內(nèi)形成比較強(qiáng)的旋渦，增加能量損耗，不利于氣動(dòng)性能。在集流器附近流動(dòng)比較復(fù)雜，有比較明顯的回流現(xiàn)象，對抽油煙機(jī)流量有影響。

改型機(jī)對葉輪的尺寸和中間擋板在葉輪上的相對位置進(jìn)行了改進(jìn)，從數(shù)值模擬結(jié)果可以看出優(yōu)化后，葉輪頂端展向方向速度分布的不均勻性得到了明顯的改善，改進(jìn)后回流現(xiàn)象有所改善。改型機(jī)對渦殼和渦舌尺寸進(jìn)行了改進(jìn)，改型機(jī)與原型機(jī)相比，在相同出口壓力下，出口速度場分布更加均勻，氣動(dòng)設(shè)計(jì)更加合理。油煙機(jī)流量提升40%～60%。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

項(xiàng)目組根據(jù)改型設(shè)計(jì)方案研制了改型樣機(jī)，在中國船舶科學(xué)研究中心的半消聲室內(nèi)將改型部件安裝于原型機(jī)殼體內(nèi)進(jìn)行噪聲測試與氣動(dòng)性能測試。

3.1 試驗(yàn)方法

3.1.1 噪聲試驗(yàn)

噪聲試驗(yàn)采用全球包絡(luò)簡易法（GB/T17713－2011），以油煙機(jī)葉輪中心為原點(diǎn)，在油煙機(jī)下方的前后左右方向各布置一個(gè)傳聲器，傳聲器與原點(diǎn)的水平距離與垂直距離均為1米（即實(shí)際距離為1.414米），油煙機(jī)采用支架懸掛的方式進(jìn)行安裝，見圖15，油煙機(jī)底部距離地面1.4米（滿足GB/T17713－2011中大于1.3米的要求）。測試在油煙機(jī)開機(jī)工作20分鐘以后進(jìn)行，聲信號(hào)采集系統(tǒng)對四個(gè)傳聲器測到的噪聲信號(hào)進(jìn)行分析，給出每個(gè)測點(diǎn)的聲壓級，多點(diǎn)平均值即為油煙機(jī)輻射噪聲。另外，為了研究油煙機(jī)殼體振動(dòng)對輻射噪聲的影響，在殼體上布置6個(gè)振動(dòng)加速度計(jì)（見圖16），用以測量殼體振動(dòng)。

圖15 油煙機(jī)噪聲測試測點(diǎn)布置

圖16 油煙機(jī)振動(dòng)測點(diǎn)布置

3.1.2 氣動(dòng)性能試驗(yàn)

采用管道法對油煙機(jī)風(fēng)量風(fēng)壓進(jìn)行測試，管道與油煙機(jī)出風(fēng)口連接，管道出口處采用錐形調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)油煙機(jī)的運(yùn)行工況。管道中心軸線上安裝皮托管測速儀測試風(fēng)量及壓力，測試裝置見圖17。

圖17 油煙機(jī)風(fēng)量風(fēng)壓測試裝置

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

原型機(jī)與改型機(jī)性能測試結(jié)果見表1?？梢钥吹?，改型后油煙機(jī)轉(zhuǎn)速明顯下降（898 r/min變?yōu)?01 r/min），但轉(zhuǎn)速的降低并不影響油煙機(jī)的氣動(dòng)性能，其風(fēng)量風(fēng)壓仍基本保持不變，而噪聲則顯著降低，原型機(jī)的A聲級為58.9 dB(A)，改型機(jī)為54.6 dB(A)，噪聲降低4.3 dB(A)，頻譜對比見圖18。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文關(guān)于油煙機(jī)聲學(xué)設(shè)計(jì)方法的有效性。

表1 原型機(jī)與改型機(jī)性能對比

圖18 改型機(jī)與原型機(jī)噪聲對比

經(jīng)過聲學(xué)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，原型機(jī)噪聲得到有效控制的同時(shí)，其聲品質(zhì)也有了質(zhì)的改善。原型機(jī)噪聲中存在一種陣發(fā)性雜音（時(shí)域信號(hào)見圖19(a)），易導(dǎo)致聽覺疲勞及心緒煩擾，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因?yàn)椋涸蜋C(jī)葉輪的兩進(jìn)風(fēng)側(cè)寬度比例過于懸殊，造成兩側(cè)吸力不均與葉輪的不平衡，導(dǎo)致周期性的擾動(dòng)。改型后葉輪兩進(jìn)風(fēng)側(cè)寬度較為接近，吸力不均與不平衡現(xiàn)象得到改善，因此改型機(jī)消除了瞬態(tài)噪聲的波動(dòng)。原型機(jī)與改型機(jī)輻射噪聲的時(shí)域譜見圖19，可以看到，原型機(jī)噪聲存在低頻的擾動(dòng)（小于20 Hz），而改型機(jī)噪聲較為平穩(wěn)，即使在同等聲壓級條件下，由于聲品質(zhì)的改善，改型機(jī)的噪聲仍然比原型機(jī)要安靜。

圖19 原型機(jī)與改型機(jī)噪聲時(shí)域譜

4 結(jié)語

本文基于數(shù)值分析與試驗(yàn)方法開展了油煙機(jī)的聲學(xué)設(shè)計(jì)與優(yōu)化研究，采用了大葉輪低轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)原則，針對葉輪寬度、葉片進(jìn)出口安裝角、蝸舌半徑、葉輪蝸舌間隙、葉輪蝸殼軸向間隙等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。采用數(shù)值模擬方法對改型前后的油煙機(jī)內(nèi)部流場進(jìn)行了計(jì)算與分析，結(jié)果顯示，在相同轉(zhuǎn)速下改型機(jī)的風(fēng)量得到明顯提高。在半消聲室內(nèi)開展了風(fēng)量與噪聲測試試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，改型機(jī)轉(zhuǎn)速明顯低于原型機(jī)，而風(fēng)量風(fēng)壓與原型機(jī)保持不變，噪聲降低了4.3 dB(A)，顯著降低了噪聲水平，解決了陣發(fā)性雜音的問題，提高了聲品質(zhì)。文中的設(shè)計(jì)改型方案已應(yīng)用于某公司的產(chǎn)品改型升級，產(chǎn)品取得了良好的人體聽覺體驗(yàn)與市場效益。