0、引言
近年來(lái)大多數(shù)空調(diào)廠家或者消費(fèi)者關(guān)心室外機(jī)的噪聲，因此將其噪聲減低也成為了增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。
目前大量的研究應(yīng)用于分體式空調(diào)室外機(jī)軸流風(fēng)機(jī)的流動(dòng)和聲學(xué)預(yù)測(cè)中，采用試驗(yàn)對(duì)比了日本三菱電機(jī)空調(diào)器和國(guó)內(nèi)某品牌空調(diào)器室外機(jī)組用風(fēng)扇氣動(dòng)性能和噪聲。采用CFD方法采用混合分析方法分別對(duì)其進(jìn)行預(yù)估計(jì)算，做到預(yù)估聲壓與樣機(jī)測(cè)試值比較吻合。JANG等l31采用CFD大渦模擬方法，獲取軸流風(fēng)葉葉片表面不同位置點(diǎn)的壓力脈動(dòng)信息，得出各因素對(duì)風(fēng)機(jī)主要噪聲頻率的影響。田杰等基于CFD模擬方法，針對(duì)上下并聯(lián)軸流風(fēng)機(jī)系統(tǒng)建立了室外機(jī)氣動(dòng)聲學(xué)預(yù)測(cè)方法。
本文以某款出口窗式空調(diào)器室外側(cè)軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)為研究對(duì)象，基于CFD數(shù)值模擬結(jié)果，采用優(yōu)化窗機(jī)外側(cè)風(fēng)道結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到降低噪聲的目的。
1、研究對(duì)象及研究方法
1.1研究對(duì)象
本文研究的窗機(jī)室外側(cè)軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)由壓縮機(jī)腔體、冷凝器、電機(jī)腔體，以及鈑金件外罩和中、后隔板等組成。窗機(jī)室內(nèi)側(cè)風(fēng)機(jī)與室外側(cè)風(fēng)機(jī)共用同一電機(jī)，轉(zhuǎn)速一致，試驗(yàn)時(shí)同時(shí)測(cè)試了室內(nèi)側(cè)風(fēng)量性能、噪聲水平的變化情況。測(cè)試工況主要選用風(fēng)機(jī)高檔，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1100rpm左右。
1.2數(shù)值分析方法
窗機(jī)室外側(cè)內(nèi)部流動(dòng)CFD數(shù)值計(jì)算基于商用流體軟件，求解不可壓縮雷諾平均Navier-Stokes方程。湍流模型采用k-8模型，近壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，對(duì)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。
定常CFD計(jì)算的收斂準(zhǔn)則為連續(xù)性殘差a<10-50非定常計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)選擇風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)lo所需時(shí)間，計(jì)算風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)10圈后的結(jié)果進(jìn)行分析。CFD數(shù)值計(jì)算結(jié)果通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。
2、研究結(jié)果分析
2.1定常與非定常結(jié)果分析
通過(guò)CFD定常和非定常計(jì)算可得到冷凝器出口下游平行平面的風(fēng)速分布，并將手持風(fēng)速計(jì)測(cè)試得到的平面風(fēng)速分布數(shù)據(jù)與之對(duì)比，從而說(shuō)明了仿真與實(shí)際的一致性。CFD分析得到冷凝器進(jìn)出口風(fēng)速分布對(duì)指導(dǎo)冷凝器走管方式、優(yōu)化換熱提供了邊界條件。
2.2后隔板附近流動(dòng)分析
對(duì)CFD定常計(jì)算流場(chǎng)進(jìn)行后處理分析，不難發(fā)現(xiàn)在風(fēng)機(jī)以及后隔板導(dǎo)流圈附近流動(dòng)十分混亂。分析原因其一是氣流在此處加速并且方向發(fā)生較大轉(zhuǎn)折，從而易產(chǎn)生低速流動(dòng)區(qū)域：其二是風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)做功，動(dòng)靜之間干涉易產(chǎn)生氣流撞擊、產(chǎn)生渦流等。因此，新方案將后隔板位置和形狀進(jìn)行調(diào)整后，計(jì)算得到出口流量有5%左右提升。
2.3軸流風(fēng)葉設(shè)計(jì)分析
通過(guò)CFD后處理可以得到風(fēng)葉表面的壓力分布、風(fēng)葉的主要做功區(qū)域等信息。借鑒分體室外機(jī)軸流風(fēng)葉的設(shè)計(jì)，新軸流風(fēng)葉方案采用了大弦長(zhǎng)、小展弦比的前掠葉片。從流場(chǎng)來(lái)看，湍動(dòng)能從最大數(shù)值上明顯新軸流風(fēng)葉由原風(fēng)葉的20降低15.20因此，判斷新軸流風(fēng)葉流場(chǎng)中流動(dòng)紊亂程度降低，噪聲應(yīng)有所改善。
3、試驗(yàn)結(jié)果
3.1軸流風(fēng)葉方案試驗(yàn)
根據(jù)設(shè)計(jì)軸流風(fēng)葉的CFD計(jì)算結(jié)果，制作了四款快速成型風(fēng)葉樣件，進(jìn)行風(fēng)量、噪聲測(cè)試。從噪聲角度出發(fā)，5#方案軸流風(fēng)葉降噪效果最為明顯，實(shí)測(cè)達(dá)到4dB(A)。
3.2綜合試驗(yàn)
結(jié)合窗機(jī)內(nèi)側(cè)風(fēng)機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)方案以及外側(cè)風(fēng)道后隔板方案，進(jìn)行了綜合方案測(cè)試在內(nèi)、外風(fēng)量均有提升的情況下，室外側(cè)噪聲降低了3.4dB( A)。
4、結(jié)論
基干CFD數(shù)據(jù)模擬方法，分析了窗機(jī)室外側(cè)風(fēng)機(jī)風(fēng)道系統(tǒng)流動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)道的優(yōu)化，本文主要結(jié)論如下：
①利用CFD對(duì)窗式空調(diào)器的風(fēng)道進(jìn)行數(shù)值模擬，可以準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)空調(diào)風(fēng)道內(nèi)部中存在的流動(dòng)問(wèn)題以及問(wèn)題存在的位置。②利用CFD數(shù)值模擬可以預(yù)先得知改進(jìn)方案的效果，避免了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)優(yōu)化的盲目性。③運(yùn)用CFD模擬作為指導(dǎo)，使此款窗機(jī)在風(fēng)量略有提升的前提下，室外側(cè)噪聲降低了3.4dB(A)，滿(mǎn)足工程應(yīng)用要求。
三門(mén)峽富通新能源銷(xiāo)售風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)、顆粒機(jī)、飼料顆粒機(jī)等機(jī)械設(shè)備。
