空调机组气流噪声仿真研究

总结了目前空调室外机与室内机气流组织与噪音仿真的研究现状，并将现有研究成果应用到了机房空调领域，对采用变频风机的某机房空调室外机进行了仿真，并提出了降噪的措施。同时对采用后向离心风机的机房空调室内机设计要点进行了分析，提出了降噪措施。

1.      问题描述：

噪声是发声体做无规则振动时发出的声音，单位是分贝(dB)。对于机房空调设备来说噪音产生的方式有振动产生和流场中产生。振动产生的噪音包括，旋转部件因组装的损耗或轴承的缺陷而产生异常的振动，以及共振引起的噪音。流动所产生的气动噪音，乱流、喷射流、气蚀、气切、涡流等现象。当空气中以高速流经导管或金属表面时，一般空气在导管中流动碰到阻碍产生乱流或大而急速的压力改变均会有噪音的产生。

如图1，空调机组的噪音可分为机械噪音、气动噪音和电磁噪音，噪声源主要是风机、换热器以及箱体。按照频谱特性可分为离散噪声和宽频噪声。

图1 噪声分类

机械噪声----主要是由于风机中电机、换热器等部件自身的精度和安装精度不高，在其运行过程中会产生振动和摩擦，产生机械噪声；

电磁噪声----主要是由于风道中的风机中的电机在运行时由于电磁场交替变化引起周围的机械部件的振动而产生的噪音，叫电磁噪声，电磁噪声不是主要的噪声源。

气动噪声----又可分为涡流噪声和旋转噪声，涡流噪声是由于气流在风道内流动，当流经叶片等障碍物时，由于气体粘性力的作用，有一定速度的气流与障碍物下游的静止气流会互相作用产生漩涡，这些漩涡中心的压强比周围空气中的压强要低，当漩涡脱落时，气流会出现一次压强的脉动，这种压强的跳动会作用与周围的介质中，进而辐射出噪音。旋转噪声主要是由于旋转的叶片周期性拍打周围静止的空气产生压力的脉动进而产生噪声。

涡流噪声属于宽频噪声，是在风机叶轮高速旋转时因气体边界层分离而产生的涡流所引起的噪声。边界层分离和湍流脉动弹性较大，故而宽频噪声具有很宽的频率范围。由于湍流无规则地运动，时而生长时而衰减，使得湍流噪声具有宽广的频率范围。频谱中的宽频分量主要是由具有随机特性的脉动力所引起的。

旋转噪声属于离散噪声，这种噪声随着叶片几何形状和尺寸的变化其强度也不相同。若叶轮的旋转速度为n（rpm），叶片数为z，则离散噪声的基本频率(Hz) f_c 可由计算得到。

                  f_c= nz/60

压力越高，叶轮圆周速度越大，噪声也越大，并且在基本频率或基本频率的整数倍（称为高次谐波）处达到最高值

1.      现有研究成果总结：

在空调室外机轴流风扇中，叶顶部分的紊流强度很大，这也是叶尖涡产生的地方。可以认为叶顶不稳定的漩涡流动是噪声产生的主要原因。叶顶旋涡结构跟导风圈的配置紧密相关，可以通过改变导风圈的结构，改变叶顶旋涡结构和强度，降低噪声。

宽频噪声强度，与主流速度成六次幂关系。意味着叶片通道中主流速度大小是影响噪声大小的一个重要因素。如图2所示，将设计导风圈子午流道结构做成渐扩型，通过控制风扇叶尖涡来减小噪声，就是通过改变导风圈的结构配置，控制叶尖旋涡的发展，减少叶尖和导风圈之间的回流，从而减少由于叶尖涡引起的主流阻塞，增大有效的通流面积，降低主流的流速，最终有效的降低噪声。