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本文基于CFD模擬方法，分析了空調(diào)器室外機(jī)上下并聯(lián)軸流石家莊風(fēng)機(jī)系統(tǒng)噪聲源分布，建立了室外機(jī)氣動聲學(xué)預(yù)測方法。研究發(fā)現(xiàn)，上下并聯(lián)軸流石家莊市風(fēng)機(jī)廠系統(tǒng)由寬頻和離散頻率噪聲組成，寬頻噪聲是影響室外機(jī)噪聲總聲壓級的重要因素。渦聲分析表明，渦脫落噪聲是寬頻噪聲的主要影響因素?；贑FD的葉片尾緣渦脫落噪聲預(yù)測方法計算得到寬頻聲壓誤差為2 dB，考慮離散頻率影響時，室外機(jī)A計權(quán)總聲壓級預(yù)測誤差小于2 dBA?；贑FD的點(diǎn)源時域預(yù)測模型，捕捉到了上下并聯(lián)軸流石家莊市風(fēng)機(jī)廠系統(tǒng)的離散頻率噪聲峰值，且在上下葉輪前二階諧波處預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。與傳統(tǒng)的單轉(zhuǎn)子軸流石家莊市風(fēng)機(jī)廠室外機(jī)相比，上下并聯(lián)軸流石家莊市風(fēng)機(jī)廠輻射噪聲總聲壓級更大，對其氣動噪聲的研究越來越引起人們的重視。目前大量的研究應(yīng)用于室外機(jī)單轉(zhuǎn)子軸流石家莊市風(fēng)機(jī)廠的流動和聲學(xué)預(yù)測中，SATO等1|、JANG等采用LDV詳細(xì)測量了葉片頂部與導(dǎo)風(fēng)罩間復(fù)雜流場，為石家莊市風(fēng)機(jī)廠葉片及導(dǎo)風(fēng)罩優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。文獻(xiàn)[3]中采用PIV測量了室外機(jī)內(nèi)部流動，基于CFD模擬方法，分析了室外機(jī)單轉(zhuǎn)子軸流石家莊市風(fēng)機(jī)廠的氣動噪聲預(yù)測方法。對室外機(jī)上下并聯(lián)軸流石家莊市風(fēng)機(jī)廠系統(tǒng)，文獻(xiàn)[4]采用PIV和CFD模擬方法分析了室外機(jī)氣動和聲學(xué)特征，上下葉輪間流場干涉對總聲壓級和噪聲頻譜特性均無明顯的影響。本文以商用3．7 kw分體式空調(diào)器室外機(jī)為研究對象，在文獻(xiàn)『41基礎(chǔ)上，采用基于CFD模擬的渦聲理論分析室外機(jī)氣動噪聲源分布，并由渦脫落噪聲模型得到室外機(jī)總聲壓級。同時，采用基于CFD數(shù)值模擬的點(diǎn)源時域噪聲模型預(yù)測空調(diào)器室外機(jī)離散頻率噪聲。
1研究對象及研究方法
1．1研究對象本文研究的上下并聯(lián)雙轉(zhuǎn)子室外機(jī)系統(tǒng)由壓縮機(jī)室、換熱器、電動機(jī)及其支架、導(dǎo)風(fēng)罩和上下并聯(lián)軸流石家莊市風(fēng)機(jī)廠等組成，如圖1所示。軸流石家莊市風(fēng)機(jī)葉片為大弦長、小展弦比的前掠葉片，葉片數(shù)3，葉輪外徑470 mm，輪轂比0．340，室外機(jī)內(nèi)兩個軸流石家莊市風(fēng)機(jī)廠呈上下并聯(lián)布置。實(shí)驗(yàn)過程中室外機(jī)壓縮機(jī)關(guān)閉，出口格柵未安裝。測試工況為室外機(jī)最高擋運(yùn)行工況(HH工況)，上下葉輪轉(zhuǎn)速分別為752 r／min、838 r／min，流量系數(shù)分別為o．251、o．248。1．2數(shù)值分析方法室外機(jī)內(nèi)部流動CFD數(shù)值計算基于商用FLU—ENT軟件，包括定常和非定常，均為求解不可壓縮雷諾平均Navier—Stokes方程。定常計算中對流項(xiàng)采用二階中心差分格式，擴(kuò)散項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式，壓力一速度的耦合采用SIMPLE方法。湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k一￡模型，近壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。非定常計算采用大渦模擬(Large eddy simulation，LES)，其中小尺度渦的模擬采用基于Prandle混合長度理論的亞格子Smagorinsky模型。非定常計算的壓力一速度耦合采用PISO方法。計算采用多重旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，風(fēng)扇與室外機(jī)內(nèi)部靜止部件之間的動靜交接面置于風(fēng)扇葉尖間隙的中間位置。對于定常計算，采用多參考坐標(biāo)系(Multiple reference frame，MRF)模型處理動靜交接面；對于非定常計算，采用滑移網(wǎng)格技術(shù)求解動靜干涉非定常效應(yīng)。CFD計算中室外機(jī)上游遠(yuǎn)場進(jìn)口給定流量邊界條件，下游遠(yuǎn)場給定壓力邊界條件。定常CFD計算的收斂準(zhǔn)則為計算殘差￡<10～。在定常計算收斂的基礎(chǔ)上進(jìn)行非定常計算。非定常計算時間步長為10～S，計算參數(shù)呈現(xiàn)周期性變化后即認(rèn)為收斂，取葉輪旋轉(zhuǎn)10圈后的準(zhǔn)周期結(jié)果進(jìn)行分析。CFD數(shù)值計算精度在文獻(xiàn)f41中通過PIV實(shí)驗(yàn)測量驗(yàn)證，在本文的研究中，直接應(yīng)用CFD模擬結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步渦聲分析以及氣動聲學(xué)預(yù)測。
2研究結(jié)果分析
2．1室外機(jī)噪聲源分析典型的空調(diào)器室外機(jī)噪聲頻譜如圖2所示，室外機(jī)輻射氣動噪聲由離散頻率噪聲和寬頻渦流噪聲組成，寬頻噪聲頻率范圍在20 Hz一10 kHz，離散頻率噪聲主要表現(xiàn)在300 Hz以下的低頻部分，對應(yīng)峰值頻率分別為38．68 Hz、77．18 Hz、97．16 Hz、129．57Hz、153．99 Hz、193．87 Hz。由室外機(jī)噪聲頻譜計算得到寬頻和離散頻率噪聲總聲壓級分別為52．23、47．55dBA，相對室外機(jī)總聲壓級53．5 dBA，離散頻率噪聲的影響約為1．23 dBA。因此，室外機(jī)噪聲總聲壓級主要來自于寬頻噪聲分量。