羅文君

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1 家用空調(diào)噪聲源分析

家庭空調(diào)配置通常是一個室外單元和多個室內(nèi)單元。室外機組的主要工作部件有風(fēng)機、壓縮機、板材殼體、油分離器、氣液分離器等制冷劑系統(tǒng)部件。室內(nèi)機組的主要工作部件為節(jié)流閥和電子膨脹閥。這些部件可能會產(chǎn)生不同類型的噪聲，家庭空調(diào)噪聲的來源如圖1所示。

圖1 家用空調(diào)噪聲源

室內(nèi)外噪聲源的噪聲和板料殼體的振動噪聲主要是低頻噪聲。電機電磁噪聲、壓縮機和制冷劑系統(tǒng)部件產(chǎn)生的噪聲通常以中頻噪聲和高頻噪聲為主。由于聲波的波長長，衍射能力強，低頻噪聲很難被完全阻擋，容易被用戶感知。此外，由于用戶對室內(nèi)單元噪聲的體驗時間較長，因此對室內(nèi)單元的噪聲控制尤為重要。其中最常見的噪聲問題是電機電磁噪聲和液體流動聲，需要重點研究。

2 家用空調(diào)的噪聲控制及結(jié)構(gòu)改進設(shè)計措施

2.1 空調(diào)器配管系統(tǒng)振動嗓聲分析

作為連接壓縮機的流動管道，壓縮機運行時，管道內(nèi)制冷劑的溫度和壓力不斷變化?？照{(diào)管路通過固定點與壓縮機連接，可將振動直接傳遞到機匣，引起整機振動。因此，有必要對管道進行優(yōu)化設(shè)計，達到減振降噪的目的。管道振動的原因有：(1)機械振動?？照{(diào)管路通過固定點與壓縮機連接，壓縮機產(chǎn)生的振動可直接傳遞到管路中，引起管路振動。(2)氣流脈動。在管道內(nèi)的制冷劑的流動，當(dāng)流經(jīng)一個變量截面彎管、控制閥、瞬時變化的溫度，速度，和壓力造成，并生成一個激動人心的力量，改變隨著時間的推移，造成管道系統(tǒng)的振動。(3)共振。當(dāng)激勵頻率接近或乘以管道結(jié)構(gòu)固有頻率時，引起管道振動；當(dāng)管道內(nèi)制冷劑氣柱的固有頻率接近或激勵力的頻率加倍時，就會引起氣柱。振動作用于管道上，表現(xiàn)為管道的強烈振動。管道損傷的常見形式是裂縫或裂縫的發(fā)生。造成這種現(xiàn)象的原因是管路的振動、壓縮機振動的傳遞以及管路中制冷劑的激勵。當(dāng)管路結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理時，壓縮機激振力的基頻值或倍增值接近整個管路系統(tǒng)的固有頻率值，落入諧振區(qū)域，引起管路系統(tǒng)諧振。

室外機組制冷壓縮機是系統(tǒng)噪聲的主要來源，因此在制冷壓縮機的排氣管內(nèi)增設(shè)阻力消聲器是降低噪聲的重要手段。膨脹消聲器由膨脹室和管接頭組成，通過截面的收縮和膨脹引起聲波反射或干涉的原理來實現(xiàn)聲波反射的原理。不同的消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)具有不同的消聲頻率。因此，為了獲得更好的消聲效果，可以根據(jù)滾動轉(zhuǎn)子壓縮機的噪聲頻率選擇不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

2.2 空調(diào)器室內(nèi)機氣動嗓聲分析

湍流是在自然界和工程實踐中普遍存在的，流體流動的一種普遍狀態(tài)。當(dāng)流量非常大時，層被破壞，流線變得不順，形成更小的漩渦流，與相鄰的流層滑動相混合，并且流體不規(guī)則地移動并且與流管軸線垂直移動。在方向上的亞速，此時流體的阻力增大，能量減小，并且流體的能量損耗增大。隨著計算機技術(shù)的不斷進步，流體力學(xué)被廣泛應(yīng)用。數(shù)值模擬方法已經(jīng)成為解決流體和聲學(xué)問題的主要研究方法，并為燃氣噪聲預(yù)測和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了重要的理論依據(jù)。

在傳統(tǒng)的計算流體力學(xué)中，湍流是基于NS方程來描述的。根據(jù)NS方程，湍流處理尺度不同。湍流的數(shù)值模擬方法可分為雷諾時間平均法、大規(guī)模模擬、直接數(shù)值模擬三大類。

（1）雷諾時均方法。雷諾時間-平均方程的模擬理論作為流場平均變控制方程，稱為湍流模式理論。鈷模型、k-ω模型SpaIart-AHmaras模型和RSM模型在軟件PLUENT屬于湍流模型理論。對于NS方程，假設(shè)脈動量和時均量共同構(gòu)成湍流流場變量，得到雷諾時均NS方程；如果湍流雷諾應(yīng)力與湍流粘性系數(shù)成正比(雷諾應(yīng)力與應(yīng)變之間的比例系數(shù)的計算)。由于控制方程是統(tǒng)計平均的，該方法在計算過程中不需要計算每個尺度的湍流脈動，只需要計算平均脈動。因此，雷諾時間平均法有效地降低了空間和時間的分辨率，減少了計算量，提高了計算效率。然而，雷諾方程只能計算湍流的平均信息，與實際需要相差甚遠，缺乏通用性。

（2）大渦模擬。大渦模擬是湍流渦流的空間平均。將大渦與小渦按一定的濾波函數(shù)分離，計算小渦的大渦并閉合。大渦模擬通過準確求解一定尺度以上所有湍流尺度的運動，可以計算出許多RANS方法無法計算的非定常和非平衡過程中出現(xiàn)的準有序結(jié)構(gòu)和大尺度效應(yīng)，解決了直接的數(shù)值模擬計算問題。大渦模擬因其復(fù)雜的開銷問題而得到了廣泛的應(yīng)用。在進行大渦模擬時，對網(wǎng)格要求較高。

（3）直接數(shù)值模擬。直接數(shù)值模擬是求解湍流尺度網(wǎng)格中三維瞬態(tài)控制方程最基本的模擬方法。從理論上講，直接數(shù)值模擬可以獲得湍流流場的準確、全面的信息，但在現(xiàn)實中，由于直接仿真需要解決的結(jié)構(gòu)和變異漩渦在所有空間尺度和時間尺度漩渦，網(wǎng)格的數(shù)量(約為9/4的雷諾數(shù))和時間步長(超過105集成步驟)要求，這個小空間的計算機很難計算和大時間步長。由于計算機計算能力的局限性，直接數(shù)值模擬方法只能用于研究低雷諾數(shù)流體機理，難以應(yīng)用于實際工程研究。

3 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，人們對居住環(huán)境的要求也在不斷提高，生活環(huán)境需要適宜的溫度和濕度，日常活動不需要噪音。因此，有必要采取合理有效的空調(diào)噪聲控制方法，確保有效降低噪聲，甚至避免噪聲。