《汽车空调的气动噪声分析与降噪方案设计》

蒋禹奇

（重庆交通大学 重庆 400000）

随着改革开放以来，人们的经济生活水平愈发提升，家用汽车早已普及，又因为近年来人们的经济生活水平不断提升，对于自身生活水平的要求不断提高，传统类型的汽车已不满足人们的需求，对家用汽车的要求愈发的高，而汽车内自带的空调其气动噪音是相对明显的，因此降低家用汽车空调气动噪音，是广大车主非常关注的问题之一。

1 汽车空调模型的建立及噪音的计算

1.1 模型设计

气动噪声是指在不受时间关系的影响下由气流直接产生的振幅和频率杂乱，在统计上呈现出无规则的声音，为了保证计算结果准确，在建立汽车空调系统仿真模型时保证空调内部产生噪音的部件都显露在模型中，同时又因为主要研究对象是吹面模式下的气动噪音，为了方便研究需对空调内部结构进行简化调整，去除短边合并碎面，选用网格大小为0.5mm至2.0mm大小的三角形的面网格，并在零部件的表面生产3层棱柱网格，生成的体网格为六面体，网格数量约为2200万，纸滤芯和蒸发介质简化为多孔介质。而建立计算域时，要采用大气压力入口和大气压力出口，鼓风机转速为模拟汽车空调最高风档，转速选为3355r/min。

1.2 相关数值计算

为了得到汽车空调气动噪声仿真值，计算压力与速度耦合是要使用SIMPLE法，稳态计算采用标准k-ε模型和多重坐标参考技术，瞬态计算要采用LES模型和滑移网格技术，通过计算所得的结果作为瞬态计算的初始值，瞬态求解的时间步长为5*10-5s，总计算时长为2s，在监控出风口风道的风量，在距离风口10cm的位置设立声压监测点P1-P4。

1.3 仿真结果和实验结果对比

为验证前文所说空调模型设计是否合理，数值是否正确，量化仿真数值。在全消音房间按照模型设计进行汽车空调模型搭建。在进行实验时用LMS数据采集系统、风速仪传声器单元等测试设备进行检测，得到出风口风量的仿真结果和实验结果，如表1所示，两者误差较小，说明前文设计的空调模型和数值计算方法合理。

表1 出风口风量仿真和实验结果（m3/h）

1.4 仿真计算结果分析

由图1可以得知空调内部在运行中产生声压级最大的部件就是鼓风机，其总声压级为60至85dB，空调箱和风道表面的局部声压级为87dB。在图1的偶极子声源实验分布图中可以看出空调的偶极子声源的积分项，从而明确空调内部结构中噪声源的分布和强度，进而得到空调内部结构中噪声大和静压梯度大的位置是互相对应的。且对本次实验的汽车空调模型进行Proudman声功率分析，分析其汽车空调模型声源强弱的分布，得出鼓风机和风道的四极子噪声源较大，同时得出汽车空调内部结构中鼓风机是内部气流最为紊乱和Proudma声功率较大的位置，鼓风机内气流分离严重处产生了涡流，其产生涡流处与四极子噪声分布区域基本重合，故得知一定程度上噪声与涡流的产生呈对应关系。

图1 表面声功率图和偶极子声源实验分布图

2 空调的降噪方案设计

2.1 风道的造型设计

由前文可知，风道是汽车空调内部结构中产生气动噪音的主要来源之一，这是因为在车载空调正式运行的过程中内部气流流动过大，产生了许多过大、过小的涡流，气体分流情况严重，从而产生启动噪音。而对风道降噪处理就是对风道结构进行优化，优化其内部结构，使得空调正式运转时，减产过大或过小的涡流产生，缓解风道内气流分流情况，使得四极子噪声源得到降低，进而使汽车空调正式运行时其气动噪声降低，达到降低噪声的效果。

2.2 风道表面包裹吸音棉

除了优化风道结构以外，减少风道震动，在风道表面增加吸音棉也是有效降低汽车空调气动噪音的有力方法，当风道包裹吸音棉后噪声频谱曲线有着明显的变化，改变了频谱曲线的声压峰值。当频率大于1415Hz时，声压明显降低，说明在风道表面包裹吸音棉能有效降低汽车空调的气动噪音。

2.3 蜗舌的改进

鼓风机内部气体流动相对复杂的区域是蜗舌位置，该位置气体流动紊乱，局部流速大，是汽车空调内部结构中产生气动噪音较为明显的部位之一，改变鼓风机内部蜗舌的形状对于汽车降噪有帮助。当蜗舌形状为平角时，大涡消失，气动流动减慢，有利于降低噪音。

3 结语

综上所述，为了让人们的驾车更加舒适，对汽车的空调进行降噪处理是有必要的，本文根据汽车空调构造原理、气动噪声仿真理论，对汽车空调气动噪音进行了研究，根据研究结果提出优化空调风道、安装吸音棉、改变涡角形状进行降噪，并通过Proudman噪声源模型确认了以上方法能够有效降噪，具有一定的实用价值，希望以此为广大同行提供一份可靠的参考资料。