冰箱压缩机消声器特性的仿真分析

2009年 1 - 某冰箱压缩机消声器消声特性的有限元分析 常利伟 (加西贝拉压缩机有限公司 浙江 嘉兴314006) 摘要 本文在一定的基本假设的前提下，合理处理进出口及壁面的边界条件，建立了消音器内部声场的三维有限元模型，对某冰箱压缩机消声器的消声性能进行了仿真计算，分析了不同结构参数对消声器传递损失的影响。为冰箱压缩机消声器的设计、评价提供了帮助。 关键词: 声学 有限元 消声器 传递损失 of of on a of of of on of 箱消音器的噪声是衡量压缩机品质的主要指标之一。压缩机可分为机械噪声，电磁噪音以及空气动力噪音。在压缩机噪声成分中有相当部分是气流噪声，主要产生在压缩机的进排气端。一般地，排气噪音较进气噪音弱，所以针对压缩机的空气动力噪音的研究以吸气噪音为主，因此消声器的设计与优化是降低压缩机噪声的有效途径。2传递损失是衡量消音器声学性能的一个重要指标。相关的研究方法有端参数传递矩阵等多种方法。其中传递矩阵限于平面波传播，只能对消声器内部声场做近似的理论分析。对于结构比较复杂的消声器，采用数值计算方法有限元法或边界元法显得更有效。有限元计算精度比边界元好。本文采用有限元法。2由于消声器声场结构比较复杂，在建立消声器声场有限元模型时必须进行合理的假设，并在声场边界上加上相应的边界途径，计算出消声器入口和出口的声压，进而求得消声器的传递损失。本文运用仿真分析软件析了不同的结构参数对消声器传递损失的影响，为提高压缩机消声器的声学设计提供了有益的帮助。 1理论模型 本假设1（1）介质为理想流体，即介质中不存在黏性，声波在介质中传播没有能量损耗； （2）介质在没有声干扰时其速度为0，介质是静态的（即认为流体本身的流速和声波的传播速度相比很小可以忽略不计），且介质是均匀的（即介质中静态压强和静态密度不变）； （3）声传播是绝热过程，即介质与毗邻的部分不会由于声传播引起的温差而产生热交换； （4）介质中传播的是小振幅声波，介质中各种声场的参数都是一阶微量，可以用线性波动方程来描述。 动方程1消声器为抗式消声器，在基本假设的前提下，认为内部声场是均匀理想流体媒质的小振幅声波波动，直角坐标系下声传播的波动方程为： 2222222221=+（1） 2009年 2 - 其中，消声器的消声性能通常用传递损失来衡量，计算公式如下： = （2） 其中，和2 计算模型 模原则 消声器内部为非耦合的声场，即忽略流体与结构的耦合作用，所以仅对消声器内部空腔建模。模型网格密度必须足够细致到能分辨最高主频，即每个波长里至少要有6个线形单元或3个二次单元。 界条件 （1）进口边界条件 假设入射波为平面波，在入口处施加单位速度。 （2）出口边界条件 在消声器的出口端假设认为接一个无限长的直管，定义出口为一个全吸收无反射的平面波声场，其声阻抗率定义为： = （3） 其中，为密度，（3）内壁边界条件 不考虑壁面吸收，认为是刚性壁面。在刚性壁面上，媒介的法向速度为零，即 0=） 3 数值计算 某冰箱消音器，其几何模型及网格模型如图1所示。本文主要讨论消音器入口管段直径、消音器主腔室容积对消音器传递损失的影响。消声器内部的介质为m，s。 (a) (b) 图1 消音器结构简图及网格模型 EA of 腔室 进气管段 2009年 3 - 1000 2000 3000 4000 5000of 2为不同主腔室容积的消音器传递损失曲线。可以看出，在1700音器腔体容积影响较小。其余频段，不论是消声频率还是消声量都随着主腔室容积的变化有较大改变。从总体效果来看，随着消音器消音器腔体容积越大，传递损失越大。因此，在设计消音器时，从声学角度考虑，应尽量扩大消音器主腔室容积。 1000 2000 3000 4000 5000 V= V= V=009年 4 - 图3 不同进气管段直径的传递损失 of 3为三种不同进气管段直径的消音器传递损失比较曲线。可以看出，在整个5000声频率变化不是很明显，消声量有一些变化，直径越小，传递损失越大。同时消音器的设计涉及其他方面的问题，入口段直径直径过小会影响压缩机的效率，因此要综合考虑。 4 结论 通过建立不同的三维的有限元模型，对冰箱压缩机消音器的传递损失进行了计算及对比，分析了主腔室容积、进气管段直径对消音器消声性能的影响。1700音器主腔室容积越大，消声性能越好；对于进气管段直径，在已经计算的范围内对声学的影响相对较小，管径小的消音效果好，消音器设计时须综合考虑。 参考文献 1 孟晓宏,金涛. 复杂结构消声器消声特性的有限元分析. 2 刘红等. 冰箱压缩机消声器声学特性