空调室外机气动与声学特性的数值分析

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第 12卷第 3期2013年 9月热 科 学 与 技 术Journal of Thermal Science and TechnologyVoL1Z No．3Sep． 2013文章编号 ：1671—8097(2013)03—0277—06 DOI：10．3969／j．issn．1671—8097．2013．03．016空调室外机气动与声学特性的数值分析杨 启 容 ， 秦 静 静 ， 王 卫 东(青岛大学 机电工程系，山东 青岛 266071)摘要 ：采用CFD模拟方法对空调室外机风道系统进行了模拟计算。根据计算结果分析了室外机风道系统的流场，比较了不同声源下的噪声频谱，从而得出不同声源对噪声的影响。同时，根据流场的分布，分析了中隔板上的噪声，并提出了降低噪声的方法。

关键词：室外机；CFD模拟；气动特性 ；噪声中图分类号：TH43 文献标识码：A0 引 言 1 室外机结构分析与简化随着人们生活水平和国家能效标准的不断提高，空调室外机的噪音问题越来越受关注。相关学者已经在如何降低空调室外机的噪音方面做出了一些研究。丁国良和胡俊伟[1 分析了导流罩和出风网钢丝直径对空调室外机 噪声 的影响 ；王兴双等乜]对轴流式风机进行了数值模拟，并提出新的叶轮形式来降低噪音。王洪磊等[3]、姜彩铃等 、邓明义等 和 Maaloum等 、Jiang等E 对空调的噪声也进行了研究。但是从噪声产生的机理出发，对整个室外机不同声源条件下的噪声研究还较少；将气动噪声频率与振动模态频率结合起来分析降低噪声的研究更少。而通过研究不同声源下的噪声来分析噪声类型，使从噪声机理上降低噪声成为可能；分析气动噪声频率和振动模态频率能够为有效地减少共振带来的噪声提供依据和方法。

随着计算机技术的迅速发展，流体力学方法在空调设计 、燃烧器设计等很多方面得到广泛应用 。魏新利 等 、李海军等 、刘升等 采用数值模拟方法分别对喷射器、旋流器和竖直降膜进行了研究，并取得了一定的成果。基于数值模拟方法 的广泛应用 ，本文建立 了包 括 出风 网、导流罩、电机、中隔板等关键部件组成的室外机模型，并对模型进行了模拟计算，详细地分析了计算结果 ，对如何降低室外机噪音提出了可行性建议。

某一款空调室外机结构如图 1所示 ，主要 由冷凝器、轴流风机、导流圈、导风罩、电机及支架、中隔板和压缩机区域组成 。由于室外机的气动噪声与风道系统有关，因此可以忽略压缩机区域，将模型进行简化 ，如图 2所示。

图1 室外机结构图Fig．1 Structure of outdoor unit图2 结构简化图Fig．2 Simple structure收稿 日期 ：2013-02—30： 修 回日期 ：2013—07—22.

作者简介：杨启容(1970一)，女。博士，教授，主要研究方向为强化传热．E-mail：luyingyi125(~163．CO1

热 科 学 与 技 术 第12卷3．4 关键部件的噪声分析宽频噪声主要由随机特性的脉动力所引起的，主要包括紊流边界层引起的表面压力场、运动流体中物体表面的漩涡脱落引起的脉动力和当叶片在原本是紊 流的流体中运动时所产生的脉动力。离散噪声主要 由动叶周期性地扰动空气机器与静叶交互作用引起的，主要包括叶片厚度噪声和叶片定常载荷和非定常载荷引起的噪声。将噪声机理与电机、导流罩和叶轮等部件对噪声类型的贡献结合起来 ，对针对性地改善噪声具有重要的指导意义。

噪声频谱的频率范围根据非稳态计算的时间步长确定。

其最高频率的计算公式为厂一 1 (1)在本计算中，时间步长为 0．000 1 S，则频谱为 O～5 000 Hz。

叶轮、电机、导流罩等结构是室外机结构中的关键部件，在优化噪声上主要从这些关键部件进行优化。在优化噪声前，首先要清楚这些部件所产生的噪声类型(离散还是宽频)，根据噪声类型 ，从产生的机理上进行优化，能够更便捷地找到优化方案。首先以所有部件为噪声源计算在声源接受点的噪声频谱，然后分别依次除去电机、导流罩、叶轮，计算在相同声源接受点的噪声频谱。

从图 12可以看出，室外机噪声是 由宽频噪声和离散噪声叠加而成的。

离散噪声的基频为f一 ／60 (2)式中：，z为叶轮转速，r／min；z为风轮叶片数。

∞ 恨图 12 声源为所有部件时的噪声频谱Fig．1 2 Noise spectrum of al parts本文所计算的室外机叶轮转速为 839 r／rain，叶片数为 3，故离散噪声的基频为 41．95 Hz。图l2所示的噪声频谱中可以看 出，噪声频谱 在十四倍基频处有明显的峰值 ，可见在该频率下室外机的噪声中离散噪声 占主要部分。

从图 13可以看出，在忽略电机 的情况下 ，噪声频谱的峰值明显减小，由此可知，电机的存在大大增加了离散噪音 ；从图 14可以看出，在无导流罩的情况下，声压级仍较大，但噪声频谱变得平滑些 ，即宽频噪音增加 ，这说明导风罩主要是降低宽频噪音 ；从图 15可以看出，在无叶轮的情况下 ，峰∞ 缸图13 声源为除电机以外的噪声频谱Fig．13 Noise spectrum except motor∞ 缸图 l4 声源为除导流罩以外的噪声频谱Fig．14 Noise spectrum except the shroud∞ 趟缸图15 声源为除叶轮以外的噪声频谱Fig．1 5 Noise spectrum except impeler∞ ；2 加 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ％∞ ∞ ％ 舛 如 宕s第3期 杨启容等：空调室外机气动与声学特性的数值分析值明显减小且峰值个数也减少，由此可知叶轮主要是增加室外机的离散噪声。

从图 12～15可以看出，室外机 噪声的能量主要集中在低频区，随着频率的升高，声压级降低。

4 实验验证对于室外机的噪声研究一般采用数值模拟和实验研究相结合的方法。姜彩铃等? 详细分析了轴流风扇流道内部和出 口的速度分布，并利用激光微粒图像测速手段，模拟结果与 PⅣ测量值吻合较好，论证了CFD技术能够有效地分析室外机空气侧流场特性 ，并为进行气动声学分析提供依据 。本文采用 的 CFD技术所模拟的室外机 噪声结果显示，离散噪声频率大部分在低频区域，由噪声频谱图 12～15可知 ，室外机的噪声由宽频噪声和离散噪声组成，这与欧阳华等 采用粒子图像测速技术对空调室外机测试结果一致。本文分析了计算后室外机壳的噪声云图，在机壳上的噪声较大，这与刘秋洪等m 进行室外机噪声分析的实验结果一致 。

5 结 论1)室外机噪音主要由离散噪音和宽频噪音组成，离散噪音主要分布在低频区。

2)室外机中隔板上安置线路的孔和缝隙处的噪音较大，改变线路安置方式，除去中隔板上的孔和缝隙，将会大大降低噪声。

3)室外机的关键部件中，叶轮主要是增加室外机的离散噪声，导流罩主要是降低室外机的宽频噪音，电机主要是增加室外机的离散噪音，根据各个部件对噪声类型的贡献，从噪声产生的机理出发，可以为降低噪音提供针对性的研究方向和改进方法 。

参考文献(References)：[1] 丁国良，胡军伟．导流罩对空调室外机噪声的影响EJ]．机械工程学报，2006，42(3)：136—141.

DING Guo—liang，HU J un—wei．Effect of the deflee—ring ring on the noise generation by an air condition—er outdoor set[J]．Chinese J of Mech Eng，2006，42(3)：136—141．(in Chinese)[2] 王兴双，李学敏，王 军，等．空调室外开式轴流风机数值模 拟与 性能测试 [J]．流体机械，2010，38(12)：5—8.

WANG Xing—shuang，LI Xue-min，WANG Jun，et a1．Numerical simulation and performance predic—tion of open—type axial flow fan in air conditioneroutdoor set EJ]．Fluid Mach，2010，38(12)：5-8.

(in Chinese)[3] 王洪磊，向 东，段广洪，等．分体式空调室外机风道系统的流场分析[J]．流体机械，2009，37(6)：65—69.

W ANG Hong—lei，XIANG Dong，DUAN Guang—hong，et a1．Flow field analysis for the duck systemof outdoor unit of the split air conditioner[J]．Flu—id Mach，2009，37(6)：65—69．(in Chinese)[4] 姜彩玲，陈江平，陈芝久．空调室外机流场特性研究[J]．中国机械工程，2005，16(12)：1061—1064.

JIANG Cai—ling，CHEN Jing—pin，CHEN Zhi—Jiu.

Flow field characteristics of air conditioner outdoorunit[J]．China Mech Eng，2005，16(12)：1061—1064．(in Chinese)[5] 邓明义，孟 鸣，王 军，等．多折热交换器及其局部倒片降低空调室内机气动噪声的研究口]．流体机械，2001，9(10)：58—60.

DENG M ing—yi，MENG Ming，W ANG Jun，et a1.

Research of severa1 fold heat exchanger and its localfall piece reduce air conditioner indoor unit aerody-namic noise[J]．Fluid Mach，2001，9(10)：58—60.

(in Chinese)[63 MAALOUM A，KOUIDRI S，REY R．Aeroacous—tie performance evaluation of axial fans based on theunsteady pressure field on the blade surface[J].

Appl Acoustics，2004(65)：367—384.

[7] JIANG C L，TIAN J，0UYANG H，et a1．Investi—gation of air—flow fields and aeroacoustic noise inoutdoor unit for split—type air conditioner[J]．J ofNoise Control Eng，2006，54(3)：146—156.

[83 魏新利，张海红，王定标，等．水力旋流器流场的数值模拟研究[J]．热科学与技术，2005，4(2)：164—168.

W EI Xin—li，ZHANG Hai—hong。WANG Ding—biaoet a1．．Numerical simulation and study of inner flowfield in hydroeyclone[J]．J of Therm Sci andTech，2005，4(2)：164—168．(in Chinese)Eg] 李海军，沈胜强，张 博，等．蒸汽喷射器流动参数与性能 的数值分析[J]．热科学与技术，2005，4(1)：52—57.

LI Hai-jun， SHEN Sheng—qiang， ZHANG ／30，282 热 科 学 与 技 术 第12卷[1o3[11]et a1． Numerical analysis on flow parameters andperformance of steam ejector[J]．J of Therm Sciand Tech，2005，4(1)：52—57．(in Chinese)刘 升，郝英立．竖直管内降膜流动气液两相运动数值模拟[J]．热科学与技术，2008，7(1)：5-10.

LIU Sheng，HAYing—li．Numerical simulation ongas—-liquid tWO—-phase motion of failing film in verti—_cal tube[J3．J of Therrn Sci and Tech，2008，7(1)：5—10．(in Chinese)姜彩玲，田 杰，陈江平，等．空调器室外机流场和噪声特性[J]．机械工程学报，2005，41(9)：232—238.

JIANG Cai—ling， TIAN Jie， CHEN Jiang-ping，et a1．Characteristic of air—flow flieds and acousticnoise in outdoor unit of air conditioner[J]．ChineseJ of Mech Eng，2005，41(9)：232—238．(in Chi一[12][133nese)欧阳华，田 杰，吴亚东，等．空调器室外机上下并联轴流风机系统的气动及声学特性[J]．机械工程学报，2007，43(10)：215—220.

0UYANG Hua，TIAN Jie，WU Ya—dong，et a1.

Aerodynamic and aeroacoustic study of colateral ax—ial flow fan system inside outdoor unit of air—·condi-tioner[J]．ChineseJ ofMech Eng，2007，43(10)：215—220．(in Chinese)刘秋洪，宋亚辉，汤永光．空调室外机气动噪声的数值分析rJ]．科学技术与工程，201i，I1(6)：1159一l165.

LIU Qiu—hong， S0NG Ya—hui， TANG Yong-guang，et a1． Numerical analysis of aerodynamicnoise of air conditioner outdoor unit[J]．Sci Techand Eng，2011，11(6)：1159一i165．(in Chinese)Numerical analysis of acoustic and aerodynamic noisein air cOnditiOner outdoor unitYANG Qi-rong， QIN ding-jing， WANG Wei—dong(Mechanic and Electronic Engineering，Qingdao University，Qingdao 266071，China)Abstract：CFD analysis was used to simulate the air duct system of the air conditioning outdoor unit.

The flow field of the outdoor unit air duct system was analyzed according to the results．The noisespectrums in different sound sources were compared． Then the effects on noise of different soundsources were obtained． At the same time，noise of the holes and slits in separator was analyzedaccording to the air duct system and methods of reducing noise were proposed.

Key words：outdoor unit；CFD simulation；aerodynamic characteristics；noise[责任编辑：郭万慧]