某汽車空調(diào)風(fēng)機(jī)噪音問題的分析與改善

張 娜，楊春華，趙淵博

（豫新汽車熱管理科技有限公司研發(fā)中心，河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 前言

汽車噪音的大小是衡量汽車品質(zhì)水平的重要指標(biāo)。車內(nèi)噪音過高不僅影響駕駛員和乘員的疲勞，影響乘坐的舒適性，嚴(yán)重的話甚至影響汽車的行駛安全，所以汽車生產(chǎn)商和消費(fèi)者對(duì)車內(nèi)噪音的要求越來越高。隨著汽車各種機(jī)械噪音聲源的控制、新型吸聲材料的應(yīng)用以及乘員室密封性能的提高，空調(diào)系統(tǒng)氣動(dòng)噪音逐漸成為汽車車內(nèi)噪音的主要噪音源。風(fēng)機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行空氣循環(huán)的動(dòng)力源，其運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的噪音，是空調(diào)系統(tǒng)的主要噪音源，因此研究和解決風(fēng)機(jī)噪音具有非常實(shí)際的意義。

2 風(fēng)機(jī)噪音問題的分析及控制

2.1 風(fēng)機(jī)噪音產(chǎn)生原理

風(fēng)機(jī)噪音主要分為機(jī)械噪音、氣動(dòng)噪音和電磁噪音。氣動(dòng)噪音為汽車空調(diào)風(fēng)機(jī)噪音的主要表現(xiàn)形式，它主要是由葉片切割空氣或由扇葉后面的部件所產(chǎn)生的空氣紊流產(chǎn)生的。它一般分為如下兩種。

1）旋轉(zhuǎn)噪音（即葉片噪音）。旋轉(zhuǎn)著的葉片周期性地切割空氣，引起空氣的壓力脈動(dòng)而產(chǎn)生的，為窄帶噪音。

2）渦流噪音。風(fēng)葉的轉(zhuǎn)動(dòng)使周圍的氣體產(chǎn)生渦流，此渦流由于沾滯力的作用又分裂成一系列分離的小渦流。這些渦流及其分裂過程使空氣發(fā)生擾動(dòng)，形成壓縮與稀疏過程，從而產(chǎn)生渦流噪音，為寬帶噪音。其次為機(jī)械噪音和電磁噪音。

2.2 風(fēng)機(jī)噪音問題的分析和控制案例

2.2.1 案例背景

公司現(xiàn)開發(fā)某雙蒸空調(diào)系統(tǒng)中前鼓風(fēng)電機(jī)存在整車制熱模式下大風(fēng)量轟鳴聲噪音問題，主車廠提出了噪音優(yōu)化改善的前提要求：即保持空調(diào)箱整車制冷和采暖，以及風(fēng)量性能的不變。

2.2.2 CFD模型的建立及流場(chǎng)分析

經(jīng)主觀評(píng)審判斷大風(fēng)量轟鳴聲噪音問題主要由于內(nèi)外循環(huán)進(jìn)風(fēng)箱和蝸殼段的渦流所致，具體原狀態(tài)CFD流場(chǎng)分析結(jié)果見圖1所示。

圖1 原狀態(tài)CFD流場(chǎng)分析

由圖1可知：①內(nèi)外循環(huán)進(jìn)風(fēng)箱處存在3個(gè)渦流區(qū)；②蝸殼處存在回流現(xiàn)象?？赏茢噢Z鳴聲為進(jìn)風(fēng)箱結(jié)構(gòu)和蝸殼處的回流現(xiàn)象所致。

2.2.3 轟鳴聲控制策略及CFD分析

2.2.3.1 轟鳴聲控制策略

鑒于2.2.2中原狀態(tài)CFD分析結(jié)果，考慮到進(jìn)風(fēng)箱匹配整車安裝點(diǎn)的不可調(diào)整性，采取了如下3種噪音控制策略。

1）方案1：增大蝸殼進(jìn)風(fēng)口直徑，減小徑向間隙，見圖2。

圖2 原狀態(tài)與方案1蝸殼進(jìn)風(fēng)口對(duì)比

2）方案2：保持原狀態(tài)蝸殼進(jìn)風(fēng)口大小，進(jìn)風(fēng)口處增加50mm寬擋板，具體見圖3。

圖3 原狀態(tài)與方案2進(jìn)風(fēng)口對(duì)比

3）方案3：綜合方案1+方案2。

2.2.3.2 CFD分析結(jié)果

由圖4可知：方案1、方案2蝸殼處回流現(xiàn)象較原狀態(tài)有所優(yōu)化改善，方案3為最佳方案。

圖4 CFD分析結(jié)果

2.2.4 轟鳴聲控制策略的試驗(yàn)驗(yàn)證

2.2.4.1 試驗(yàn)測(cè)試方法

在試驗(yàn)臺(tái)架上模擬實(shí)車位置安裝空調(diào)箱（不包括風(fēng)道），調(diào)節(jié)空調(diào)箱吹面風(fēng)口高度距離地面1m的位置，測(cè)試全冷吹面內(nèi)循環(huán)、全冷吹面外循環(huán)、全熱吹腳外循環(huán)、全熱除霜外循環(huán)各個(gè)模式下的總體噪音值及記錄1/3倍頻頻譜曲線。麥克風(fēng)位置描述如下。

1）M1需要使用風(fēng)球，M1麥克風(fēng)布置在豎直距離地面1.6m，水平距離空調(diào)箱出風(fēng)口中心線1m的位置。

2）M2麥克風(fēng)布置在鼓風(fēng)機(jī)馬達(dá)軸線上距離鼓風(fēng)機(jī)馬達(dá)0.2m的位置。

所有的測(cè)量均需在背景噪音不超過25dB（A）的半消音室里測(cè)量。

2.2.4.2 試驗(yàn)驗(yàn)證頻譜

由圖5噪音頻譜對(duì)比可知。

圖5 全熱吹腳外循環(huán)噪音頻譜

1）方案3噪音優(yōu)化改善效果優(yōu)于方案1、方案2。

2）方案3較原狀態(tài)噪音頻譜尖峰現(xiàn)象有所改善，且噪音數(shù)值也明顯降低。

3）驗(yàn)證了CFD分析噪音為渦流所致的推理正確性，同時(shí)滿足主車制冷風(fēng)量不變的要求，改善前后風(fēng)量對(duì)比結(jié)果見表1。

表1 改善前后風(fēng)量對(duì)比結(jié)果

3 結(jié)束語

本文打破了傳統(tǒng)的降噪降風(fēng)量的解決方案，依據(jù)風(fēng)機(jī)噪音的產(chǎn)生機(jī)理，通過對(duì)空調(diào)箱進(jìn)風(fēng)口處流場(chǎng)的CFD分析優(yōu)化和風(fēng)機(jī)與蝸殼間隙的優(yōu)化調(diào)整，減輕了進(jìn)風(fēng)口與蝸殼處的回流現(xiàn)象，在整車性能和風(fēng)量不變的前提下，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)箱轟鳴聲的優(yōu)化，對(duì)車用空調(diào)風(fēng)機(jī)噪音的優(yōu)化改善具有一定的參考意義。