汽车空调鼓风机降噪优化

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

汽车空调鼓风机降噪优化

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

摘 要：文章通过CFD对汽车空调鼓风机进行分析，通过对蜗壳、扇叶进行优化，改善鼓风机内部流场，在满足原鼓风机性能要求的前提下，实现降低鼓风机转速，通过试验验证满足要求，为其他车型进行空调鼓风机降噪优化提供技术参考。

关键词：鼓风机；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

汽车NVH指噪音（Noise）、振动（Vibration）和声振粗糙度（Harshness）。噪声和振动通常联系在一起。声振粗糙度指噪声和振动的品质，是指人体对振动和噪声的主观感受。随着人们生活水平的提升，汽车不再仅仅是代步工具，人们对汽车NVH性能提出更高的要求。在空调系统中，鼓风机是主要的噪音源，鼓风机性能被客户直观感受，鼓风机噪音的大小，影响该车型品质感。鼓风机噪音与鼓风机的结构和风量有直接关系，某车型M1希望在保证空调鼓风机性能的情况下，通过对鼓风机结构进行优化，实现降噪2dB(A)，提高整车的品质感。

1、鼓风机噪音分类

噪声从频率的角度可以分为离散和宽频噪声，鼓风机噪音本质上是离散噪声与宽带噪声的叠加。

宽带噪声指由湍流引起的噪声，主要包括：

1）边界层中的湍流；

2）来自固体表面的涡流脱落；

3）脱流来流和固体表面的撞击。

离散噪声：叶轮叶片的旋转压力场和压力脉动与固体壁面相互作用产生的噪声。

叶片均匀分布叶轮旋转噪声的频率计算方法：

式中n—叶轮每分钟转速r/min；z—叶轮叶数；i=1,2,3，……谐波序列；

离散噪声具有离散的频谱特性，基频（i=1时对应的频率）噪声最强，高次谐波依此递减，理论上增加鼓风机扇叶可以降低鼓风机噪音。

2、气动声学模型

根据莱特希尔（Lighthill）流体声学理论，流场中的理想化声源模型可以认为由三种线性声学中的典型声源—单极子声源（Monopole Source），偶极子源（Dipole Source），四极子声源（Quadrupole Source）组成。

单极子声源：媒质中流入的质量或热量不均匀时形成声源。

偶极子声源：当流体中障碍物存在时，流体与物体产生的不稳定反作用力形成偶极子声源。

四极子声源：媒质中如果没有质量或者热量的注入，也没有障碍物的存在，唯有粘滞应力可能辐射声波。

式中ρ—气体密度；L—有关长度；v—流速；c—空气中声速。

由公式可以看出：单极子声源的声功率与流速4次方成正比，双极子声源的声功率与流速6次方成正比，四极子声源的声功率与流速8次方成正比。随着流速的增加，气动噪声的声功率将急剧升高。对于噪声源，降低该处的流速是最直接的降噪方案。同时实践证明，离心风机的噪声源主要是双极子声源。

3、降噪方法

针对鼓风机常用降噪方法：

1）增加蜗舌间隙；

2）倾斜蜗舌的方法。

这两种方法既影响离散噪声，又影响宽带噪声。但是这两种方法不是相互叠加的，一旦用两种方法中的任何一种取得较大噪声效果，再用另外一种方法的作用会小很多。

4、优化点

1）蜗舌间隙从5.8提升至7.5mm；

2）轮廓基本没有超出原设计，仅在靠近蜗舌的一侧超出约2.5mm，不存在干涉问题；

3）叶轮高度73.2mm变更为75.2mm；

4）单圆弧等厚度叶型变更为多圆弧变厚叶型；

5）入口角度由90°变更为75°；

6）出口角度由152°变更为160°。

说明：虚线为原状态，实现为优化状态。

5、CFD分析

通过CFD进行分析，优化后的鼓风机在相同状态下，性能要优于原状态，从而可以通过降低鼓风机转速约200r/min实现降噪，但是优化后的鼓风机扭矩变大，需要提升鼓风机电机效率。

表1　风量-压降-扭矩CFD分析值

6、试验验证

按照理论设计，制作CNC样件（按照CFD分析更换电机），进行优化状态与原状态对比试验，试验结果见表2、表3。优化后的状态，在同等风量情况下，

试验结果与分析相符。

表2　原状态鼓风机性能

表3　优化状态鼓风机性能

7、结论

本文通过对汽车空调鼓风机蜗壳及扇叶进行修改，使内部气流场流动通畅，在不改变鼓风机性能的情况下，降低鼓风机转速，实现降噪目标。

参考文献

[1] 颜建容.汽车空调系统及乘员室气动声学特性优化研究[C].湖南大学硕士论文,2010.

[2] 刘桥梁,冯成阁,王晓东,李明洁.空调风机噪声的产生机理及控制途径[J].风机技术,2014(04).

[3] 伍先俊,李志明.风机叶片噪声机理及降噪[J].风机技术,2001(04).

[4] 智乃刚.风机噪声控制技术[M].北京:机械工业出版社,1985.

[5] 刘晓良,祁大同等.串列叶片式前向离心风机气动与噪声特性的优化研究[J].风机技术,2009(01):136-143.

[6] 刘晓良,袁建民.前向离心风机蜗壳出口结构的数值优化[N].西安交通大学学报,2008(07):19-22.

[7] 马大猷.噪声与振动控制工程手册[M].北京:机械工业出版社,2002: 129-155.

[8] 关志伟.汽车空调[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

作者简介：胡世健，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心。

中图分类号：U467.3

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2015)10-17-03