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某汽车空调风机噪音问题的分析与改善
摘要：本文打破了传统降噪降风量的思维方式，依据汽车空调风机噪音的产生机理，在满足客户整车性能不变的前提下，通过对空调箱进风口和蜗壳处的CFD分析和流场优化，采用调整蜗壳进风口处相关配合尺寸和结构的方法，在保证整车制冷风量性能不变的前提下，改善了空调箱的气动轰鸣噪音，对汽车空调风机噪音的优化改善具有一定的参考价值。
1 前言
汽车噪音的大小是衡量汽车品质水平的重要指标。车内噪音过高不仅影响驾驶员和乘员的疲劳，影响乘坐的舒适性，严重的话甚至影响汽车的行驶安全，所以汽车生产商和消费者对车内噪音的要求越来越高。随着汽车各种机械噪音声源的控制、新型吸声材料的应用以及乘员室密封性能的提高，空调系统气动噪音逐渐成为汽车车内噪音的主要噪音源。风机是空调系统进行空气循环的动力源，其运行时会产生很大的噪音，是空调系统的主要噪音源，因此研究和解决风机噪音具有非常实际的意义。
2 风机噪音问题的分析及控制
2.1 风机噪音产生原理
风机噪音主要分为机械噪音、气动噪音和电磁噪音。气动噪音为汽车空调风机噪音的主要表现形式，它主要是由叶片切割空气或由扇叶后面的部件所产生的空气紊流产生的。它一般分为如下两种。
1）旋转噪音（即叶片噪音）。旋转着的叶片周期性地切割空气，引起空气的压力脉动而产生的，为窄带噪音。
2）涡流噪音。风叶的转动使周围的气体产生涡流，此涡流由于沾滞力的作用又分裂成一系列分离的小涡流。这些涡流及其分裂过程使空气发生扰动，形成压缩与稀疏过程，从而产生涡流噪音，为宽带噪音。其次为机械噪音和电磁噪音。
2.2 风机噪音问题的分析和控制案例
2.2.1 案例背景
公司现开发某双蒸空调系统中前鼓风电机存在整车制热模式下大风量轰鸣声噪音问题，主车厂提出了噪音优化改善的前提要求：即保持空调箱整车制冷和采暖，以及风量性能的不变。
2.2.2 CFD模型的建立及流场分析
经主观评审判断大风量轰鸣声噪音问题主要由于内外循环进风箱和蜗壳段的涡流所致，具体原状态CFD流场分析结果见图1所示。
图1 原状态CFD流场分析
由图1可知：①内外循环进风箱处存在3个涡流区；②蜗壳处存在回流现象。可推断轰鸣声为进风箱结构和蜗壳处的回流现象所致。
2.2.3 轰鸣声控制策略及CFD分析
2.2.3.1 轰鸣声控制策略
鉴于2.2.2中原状态CFD分析结果，考虑到进风箱匹配整车安装点的不可调整性，采取了如下3种噪音控制策略。
1）方案1：增大蜗壳进风口直径，减小径向间隙，见图2。
图2 原状态与方案1蜗壳进风口对比
2）方案2：保持原状态蜗壳进风口大小，进风口处增加50mm宽挡板，具体见图3。
图3 原状态与方案2进风口对比
3）方案3：综合方案1+方案2。
2.2.3.2 CFD分析结果
由图4可知：方案1、方案2蜗壳处回流现象较原状态有所优化改善，方案3为最佳方案。
图4 CFD分析结果
2.2.4 轰鸣声控制策略的试验验证
2.2.4.1 试验测试方法
在试验台架上模拟实车位置安装空调箱（不包括风道），调节空调箱吹面风口高度距离地面1m的位置，测试全冷吹面内循环、全冷吹面外循环、全热吹脚外循环、全热除霜外循环各个模式下的总体噪音值及记录1/3倍频频谱曲线。麦克风位置描述如下。
1）M1需要使用风球，M1麦克风布置在竖直距离地面1.6m，水平距离空调箱出风口中心线1m的位置。
2）M2麦克风布置在鼓风机马达轴线上距离鼓风机马达0.2m的位置。
所有的测量均需在背景噪音不超过25dB（A）的半消音室里测量。
2.2.4.2 试验验证频谱
由图5噪音频谱对比可知。
图5 全热吹脚外循环噪音频谱
1）方案3噪音优化改善效果优于方案1、方案2。
2）方案3较原状态噪音频谱尖峰现象有所改善，且噪音数值也明显降低。
3）验证了CFD分析噪音为涡流所致的推理正确性，同时满足主车制冷风量不变的要求，改善前后风量对比结果见表1。
表1 改善前后风量对比结果
3 结束语
本文打破了传统的降噪降风量的解决方案，依据风机噪音的产生机理，通过对空调箱进风口处流场的CFD分析优化和风机与蜗壳间隙的优化调整，减轻了进风口与蜗壳处的回流现象，在整车性能和风量不变的前提下，实现了空调箱轰鸣声的优化，对车用空调风机噪音的优化改善具有一定的参考意义。
作者：张娜，杨春华，赵渊博
豫新汽车热管理科技有限公司研发中心
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