汽車空調鼓風機降噪優化

胡世健，敬文博，范金永（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車空調鼓風機降噪優化

胡世健，敬文博，范金永
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：文章通過CFD對汽車空調鼓風機進行分析，通過對蝸殼、扇葉進行優化，改善鼓風機內部流場，在滿足原鼓風機性能要求的前提下，實現降低鼓風機轉速，通過試驗驗證滿足要求，為其他車型進行空調鼓風機降噪優化提供技術參考。

關鍵詞：鼓風機；降噪；CFD

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.008

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-17-03

引言

汽車NVH指噪音（Noise）、振動（Vibration）和聲振粗糙度（Harshness）。噪聲和振動通常聯系在一起。聲振粗糙度指噪聲和振動的品質，是指人體對振動和噪聲的主觀感受。隨著人們生活水平的提升，汽車不再僅僅是代步工具，人們對汽車NVH性能提出更高的要求。在空調系統中，鼓風機是主要的噪音源，鼓風機性能被客戶直觀感受，鼓風機噪音的大小，影響該車型品質感。鼓風機噪音與鼓風機的結構和風量有直接關系，某車型M1希望在保證空調鼓風機性能的情況下，通過對鼓風機結構進行優化，實現降噪2dB(A)，提高整車的品質感。

1、鼓風機噪音分類

噪聲從頻率的角度可以分為離散和寬頻噪聲，鼓風機噪音本質上是離散噪聲與寬帶噪聲的疊加。

寬帶噪聲指由湍流引起的噪聲，主要包括：

1）邊界層中的湍流；

2）來自固體表面的渦流脫落；

3）脫流來流和固體表面的撞擊。

離散噪聲：葉輪葉片的旋轉壓力場和壓力脈動與固體壁面相互作用產生的噪聲。

葉片均勻分布葉輪旋轉噪聲的頻率計算方法：

式中n—葉輪每分鐘轉速r/min；z—葉輪葉數；i=1,2,3，……諧波序列；

離散噪聲具有離散的頻譜特性，基頻（i=1時對應的頻率）噪聲最強，高次諧波依此遞減，理論上增加鼓風機扇葉可以降低鼓風機噪音。

2、氣動聲學模型

根據萊特希爾（Lighthill）流體聲學理論，流場中的理想化聲源模型可以認為由三種線性聲學中的典型聲源—單極子聲源（Monopole Source），偶極子源（Dipole Source），四極子聲源（Quadrupole Source）組成。

單極子聲源：媒質中流入的質量或熱量不均勻時形成聲源。

偶極子聲源：當流體中障礙物存在時，流體與物體產生的不穩定反作用力形成偶極子聲源。

四極子聲源：媒質中如果沒有質量或者熱量的注入，也沒有障礙物的存在，唯有粘滯應力可能輻射聲波。

式中ρ—氣體密度；L—有關長度；v—流速；c—空氣中聲速。

由公式可以看出：單極子聲源的聲功率與流速4次方成正比，雙極子聲源的聲功率與流速6次方成正比，四極子聲源的聲功率與流速8次方成正比。隨著流速的增加，氣動噪聲的聲功率將急劇升高。對于噪聲源，降低該處的流速是最直接的降噪方案。同時實踐證明，離心風機的噪聲源主要是雙極子聲源。

3、降噪方法

針對鼓風機常用降噪方法：

1）增加蝸舌間隙；

2）傾斜蝸舌的方法。

這兩種方法既影響離散噪聲，又影響寬帶噪聲。但是這兩種方法不是相互疊加的，一旦用兩種方法中的任何一種取得較大噪聲效果，再用另外一種方法的作用會小很多。

4、優化點

1）蝸舌間隙從5.8提升至7.5mm；

2）輪廓基本沒有超出原設計，僅在靠近蝸舌的一側超出約2.5mm，不存在干涉問題；

3）葉輪高度73.2mm變更為75.2mm；

4）單圓弧等厚度葉型變更為多圓弧變厚葉型；

5）入口角度由90°變更為75°；

6）出口角度由152°變更為160°。

說明：虛線為原狀態，實現為優化狀態。

5、CFD分析

通過CFD進行分析，優化后的鼓風機在相同狀態下，性能要優于原狀態，從而可以通過降低鼓風機轉速約200r/min實現降噪，但是優化后的鼓風機扭矩變大，需要提升鼓風機電機效率。

表1　風量-壓降-扭矩CFD分析值

6、試驗驗證

按照理論設計，制作CNC樣件（按照CFD分析更換電機），進行優化狀態與原狀態對比試驗，試驗結果見表2、表3。優化后的狀態，在同等風量情況下，

試驗結果與分析相符。

表2　原狀態鼓風機性能

表3　優化狀態鼓風機性能

7、結論

本文通過對汽車空調鼓風機蝸殼及扇葉進行修改，使內部氣流場流動通暢，在不改變鼓風機性能的情況下，降低鼓風機轉速，實現降噪目標。

參考文獻

[1] 顏建容.汽車空調系統及乘員室氣動聲學特性優化研究[C].湖南大學碩士論文,2010.

[2] 劉橋梁,馮成閣,王曉東,李明潔.空調風機噪聲的產生機理及控制途徑[J].風機技術,2014(04).

[3] 伍先俊,李志明.風機葉片噪聲機理及降噪[J].風機技術,2001(04).

[4] 智乃剛.風機噪聲控制技術[M].北京:機械工業出版社,1985.

[5] 劉曉良,祁大同等.串列葉片式前向離心風機氣動與噪聲特性的優化研究[J].風機技術,2009(01):136-143.

[6] 劉曉良,袁建民.前向離心風機蝸殼出口結構的數值優化[N].西安交通大學學報,2008(07):19-22.

[7] 馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊[M].北京:機械工業出版社,2002: 129-155.

[8] 關志偉.汽車空調[M].北京:人民交通出版社,2009:3-26.

Analysis optimization for auto A/C blower denoise

Hu Shijian, Jing Wenbo, Fan Jinyong
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Abstract:A CFD analysis was carried out to optimize the volute and fan blade of the Automotive air conditioning blower and improve the internal flow field of an automobile air conditioning blower. After analysis, the optimized design will meet the performance requriements of the blower with lower rotating speed. Testing the optimized model we found that the air output and noise level meet the performance requriements which can be used to optimize other automobile air conditioning blowers.

Keywords:A/C blower; denoise; CFD

作者簡介：胡世健，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術中心。

中圖分類號：U467.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-17-03