徐鹏, 赵玉垒长城汽车股份有限公司摘 要：气动噪声是汽车空调最闭键的噪声源之一，本文以工程实质操纵需求为起点，通过数值仿真和试验相勾结的办法，发展正在研

摘 要：气动噪声是汽车空调最闭键的噪声源之一，本文以工程实质操纵需求为起点，通过数值仿真和试验相勾结的办法，发展正在研车型空调体系气动噪声的切磋。行使宽频噪声源模子和计较气动声学办法（CAA），对某汽车空调体系的气动噪声实行数值模仿仿真，获得空调内部的噪声源散布景况，仿真和试验的频谱变动趋向比力吻合，风量最大过错 3.5%。根据数值仿真办法和试验，给出了风道的制型优化、蜗舌布局的变革、风道包裹吸音棉等降噪方法，为空调低噪声策画预估供给了精练法子，可有用敏捷的指引工程操纵。

跟着人们对汽车舒坦性的条件越来越高，车内噪声题目成为消费者眷注的主旨[1]，除了带动机噪声和轮胎噪声以外，汽车空调噪声是车内的闭键噪声源之一[2]，越发新能源汽车没有古板带动机形成的布景噪声，空调体系的噪声凸显出来。空调体系由进气壳体、空调箱、胀风机、风道和出风口构成， 形成的气动噪声是闭键噪声源[3]，为此，剖判空调的气动噪声，提出降噪订正方法，显得尤为要紧。本文针对某正在研车型的空调体系实行了气动噪声仿真，搭筑了胀风机、空调箱、蒸发器、风门、风道、出风口等空调体系部件的计较模子，较为确实的给出了空调体系流场散布和气动噪声源散布， 并勾结空调的台架试验，评估气动噪声的声源计较，对胀风机的蜗舌提出了降噪订正方法，为后续的车型供给参考。

气动噪声是切磋正在非定常流体下噪声源的形成与声响的撒布。空调的气动噪声闭键是胀风机回旋，正在蜗壳、空调箱和风道内形成激烈的压力震荡和涡流导致的噪声。数值仿真剖判将稳态 RANS 办法和瞬态 CAA 办法相勾结[4]，正在包管计较精度的景况低重低计较量。稳态 RANS 办法用宽频带直接获取噪声新闻，蕴涵 Curle 噪声源模子和 Proudman 噪声源模子，确实判决噪声源的场所。瞬态 CAA 办法求解气动噪声的形成和撒布，通过指定监测点，声学新闻可能直接从 CFD 结果提取。1.1 Curle 噪声源模子

Curle 噪声源模子计较正在低马赫数景况下，对刚性皮相上压力形成的辐射声压实行积分[5]，获得鸿沟层皮相形成的偶极子噪声源，可表现固体鸿沟正在流体上形成的震荡皮相压力。Curle 模子针对的噪声源为偶极子声源，每个单元皮相临具体噪声声功率的进献量，正在优化剖判中，常用来筛选订正计划，评估噪声源场所和近似的分贝值。1.2 Proudman 噪声源模子

Proudman 噪声源模子采用统计办法，正在低马赫数和高雷诺数景况下，剖判了各向同性湍流的体单位形成的噪声[6]，其针对的噪声属于四极子声源。Proudman 噪声源是宽频噪声，能简单表达流体正在湍流历程中的声功率强弱，可实行两组计划的对照或一个计划中差别部位的对照，敏捷识别早期策画的噪声缺陷，不具罕有值的绝对确实性。1.3 计较气动声学办法（CAA）

计较气动声学办法的基础思思是，正在噪声源场所的流体活动和声响的撒布都是活动表象，对流场实行求解的历程中也对压力脉动实行充沛的瞬态求解，计较出噪声的形成与撒布[4]。通过指定测试点整个的声学新闻，可直接从流场结果中提取，声压级表现为

这种办法不须要引入非常的声学模子，只需记实测试点的压力脉动新闻，研究了噪声的反射、散射、共鸣等物理表象，声压级可通过频谱剖判来确定，对差别空调的气动噪声源实行预测，更好的通晓噪声形成和撒布的机理。空调的古板策画办法闭键依附体会，跟着气动噪声表面的飞速兴盛，数值仿真已成为对空调开采策画的一种要紧办法。正在汽车空调策画初期，通过对空调实行剖判，敏捷提出订正计划。

空调体系蕴涵滤芯、风机、空调箱、风门、蒸发器、风道和出风口等，图 1 为某车型的空调体系仿真模子，闭键切磋正在吹面形式下的气动噪声，出风口的格栅处于正交宗旨。空调内部布局庞大，正在包管计较结果确实的条件下，对模子恰当简化，删掉短边和团结碎面，采用三角形的面网格，网格巨细 0.5mm~2.0mm。研究鸿沟层的影响，正在零部件皮相天生三层棱柱网格，天生的体网格为六面体，网格数目约为 2200 万。计较域采用大气压力入口和大气压力出口，风机转速为试验丈量的空调最高等内轮回工况下的转速，即 3355rpm。为了模仿回旋的风机叶片，将计较域划分为回旋域和静止域，回旋域由叶轮和圆柱区域之间的气氛构成，静止域是圆柱区域外部的气氛域，通过 interface 号召杀青回旋域与静止域的数据传达。将空调体系的纸滤芯和蒸发器简化成众孔介质，压降特点来自供应商供给的试验数据。

空调体系内部的活动为齐全兴盛的湍流，流体为可压缩气体，压力与速率耦合采用 SIMPLE。稳态计较采用尺度 k~ε 模子和众重坐标参考系本领， 计较收敛的稳态结果行动瞬态计较的初始值，瞬态计较采用 LES 模子和滑移网格本领，瞬态求解的时期步长 5×10 -5s，计较总时期 2s，因为流场从波动到安宁有一个历程，采样时期从 1s 动手，获得差别场所的噪声特点。为了便于后续的剖判和试验对照， 正在空调的出风口场所监控各风道的风量，正在距出风口 10cm 处摆设声压监测点（P1~P4），宗旨为出风口中央斜向下 45°。

为了验证数值计较办法和模子，并量化气动噪声的仿真结果，正在全消音室内搭筑了空调体系的台架，如图 2 所示。试验用的测试兴办闭键蕴涵 LMS 数据采全体系、风速仪、1/2 英寸传声器单位等， 试验前运用尺度声学校准器（114dB 和 1000Hz）对传声器实行校准，采样带宽≥12800Hz，分别率 1Hz， 输出方式为线性自功率谱。试验历程中，应包管空调体系各部件坚硬的固定正在总成上，避免产生振动，形成不须要的振动噪声。试验与仿真的工况无别，传声器单位摆设正在出风口场所，通过稳压电源给定空调体系的电压和电流，使风机转速到达七档内轮回的工况。

表 1 为出风口的仿真和试验结果比力，仿真结果和试验测试过错较小，最大差错 3.5%，由此可睹， LES 模子具有较高的精度，可知足工程计较的条件。

图 3 为试验和仿真的声压频谱对照，可能看出， 两者存正在肯定的差错，然而仿真结果的变动趋向和试验结果较为吻合。研究到试验历程存正在肯定的测试差错，而且正在仿真历程中，对计较模子做了许众的简化和假设，如纸滤芯和蒸发器管束成众孔介质，因而差错正在合理畛域内，可操纵仿真模子和数值办法实行空调体系的降噪订正的切磋。

图 4 为 Curle 皮相声功率图，可用于计较偶极子声源形成的源由，可能看出，正在空调体系闭键部件中， 风机对应的声压级最大，总声压级为60~85dB，正在空调箱和风道皮相，限度声压级为87dB。图 5 为空调体系皮相的 dp/dt 散布图，dp/dt 为偶极子声源的积分项，它的散布代表了噪声源强度和散布景况，可能看出，噪声大的场所与静压梯度大的场所相对应。

图 6 为 Proudman 声功率图，可很直观地看出空间声源的强弱散布，指示四极子噪声源，正在风机和风道内存正在较大的四极子噪声，可达 79dB。如图7 所示，风机是总共空调体系活动最为错乱的区域， 也是声源较大的地方，风道内部存正在气流涣散且回旋。正在气流涣散吃紧的场所，存正在较大涡流，涡流散布区域与四极子噪声散布区域基础无别，可睹噪声的形成正在肯定水平上与涡的形成呈对应相干。

正在风道策画时，需对气流的活动宗旨合理的指示，避免大标准和小标准的涡流，减小气流涣散， 下降气动噪声。最基础的策画办法是优化风道的制型策画，原委众轮计较和对照剖判，最终获得的吹面风道布局，如图 8 所示。图 9 和图 10 为风道内宽频噪声的计较结果，正在左侧两根风道内，优化计划彰彰下降了的四极子噪声源。

按照瞬态计较，获得图 11 和图 12 的频谱弧线。通过优化风道的制型策画，正在频率大于 3000Hz 时， 优化计划的气动噪声彰彰下降。

蜗舌场所是风机内部活动较庞大的区域，蜗舌场所的压力脉动彰彰，活动错乱，限度流速大，因而蜗壳场所的气动噪声最为特别[8]。如图 13 所示， 变革蜗石的形式（小圆角、大圆角冷静角），切磋差别的蜗舌对气动噪声的影响。

图 14 为差别蜗舌的仿真流线图。从仿真结果看，蜗舌为平角后，内部活动涣散彰彰删除，大涡消逝，活动景况改观明显，有利于下降气动噪声。别的，蜗舌为大圆角后，涡流强度增大，是诱导振动的要紧源由，倒霉于噪声的独揽。

按照仿真模子，加工了三种差别布局的蜗舌（大圆角、小圆角冷静角），验证蜗舌的成果。图15 为空调中心风挡的试验结果，蜗舌由大圆角改为平角，除了 150Hz~220Hz 和 650Hz~1350Hz 的声压下降不彰彰，其他频段的声压下降彰彰，因而通过优化蜗舌的结果，可下降气动噪声。

对吹面风道包裹吸音棉（规格 600g/m2，厚度15mm），如图 16 所示，验证整车空调的降噪成果，测试点位于驾驶员右耳，空调风道以高密度聚乙烯（HDPE）为闭键原料吹塑成型，厚度 2mm。

表 2 给出了风道包裹吸音棉的测试结果，正在空调中心风档时，总声压级下降了 1.2dB（A），语音清爽度降低了 0.8%AI，可彰彰下降声压级，降低了声品格。图 17 为包裹吸音棉前后的噪声频谱弧线， 可能看出，吸音棉对总共频段的声压均有影响，变革了频谱弧线的声压峰值，频率大于 1415Hz 的期间，声压下降彰彰，讲明吸音棉对中高频的噪声影响较大。因为风道包裹吸音棉可彰彰下降噪声，正在车型策画阶段，创议对风道包裹吸隔声质料。

本文通过数值仿真和简直的试验测试，勾结气动噪声仿真的表面，确定了气动噪声的仿真剖判流程和办法，同时研究了皮相压力震荡的偶极子噪声和空间涡流的四极子噪声，可操纵于空调体系的降噪计划策画，敏捷寻得方法，加快产物开采周期。优化风道制型，以及订正蜗舌的布局，正在总共频段内，均下降了空调噪声，为空调体系的策画供给了订正宗旨。风道包裹吸音棉，可能下降总声压级1.2dB（A），语音清爽度降低了 0.8%AI，频率大于1415Hz 的声压彰彰下降，看待中高频噪音的强迫有彰彰成果。这些降噪计划较好的下降了空调噪声， 具有要紧的适用价格，为下降汽车空调噪声供给了数据撑持。

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