汽车空调风道气动噪声分析与研究

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在汽车工业的发展过程中,随着国民经济的高速健康发展,人们对舒适性的需求也在逐渐增加,车内噪声成为了乘坐舒适性的重要评价指标。车内噪声过高不仅影响车内人员的沟通,还会引起疲劳、烦躁等症状,使驾驶员注意力不集中,影响汽车的行驶安全,所以近年来汽车制造商正在不断开发新的方法来减少噪音的产生和传播。随着汽车外部噪声(发动机噪声,道路-轮胎接触噪声,进排气噪声和风噪)的减少以及乘员舱密封效果的改善,汽车空调系统产生的气动噪声就成了车内的主要噪声源。因此,进一步改善汽车空调系统的气动噪声具有重要的理论及工程研究意义。随着计算机技术和计算流体动力学(CFD)的发展,数值方法成为了计算汽车空调气动噪声的方法之一。数值模拟不受环境和试验条件的限制,能更好地了解流体的运动状态,分析噪声产生的机理和位置,缩短了传统试验方法的研发时间,有效提高了生产效率。本文以某商用车的空调风道作为研究对象,采用CFD方法分析管路结构对流场和声场的影响,并对结构进行优化,从而降低风道的气动噪声。具体的研究内容为:首先分析流体力学和气动声学的基础理论,建立空调风道的三维数值模型、湍流模型和声学计算模型。采用仿真软件Fluent对管路的流场进行仿真分析,并将风量仿真值与试验值进行对比,验证仿真模型的准确性。然后计算了三种工况下空调风道内部的流场和声场,并在声学软件LMS Virtual.Lab中计算了风道出风口处的噪声频谱。分析了流体在管路不同部位形成的流动差异以及产生差异的原因,得到了管路内部流场和噪声源的分布情况,探讨了流体的流动特性与气动噪声之间的联系,为后续的优化研究提供依据。最后根据空调风道的流场和声场计算结果,采用响应表面法对管路结构进行优化。以出风口1的转角半径、出风口2管壁左、右移动距离为设计变量,以出风口2的流量配比为优化目标,建立两者之间的数学函数关系,利用响应面优化得出一组最优参数组合,最终使风道出风口2的风量比例由20.75%提升到了25.25%,噪声最大降幅为4.655 d B,该优化结果能适用于其他工况。优化效果明显,为空调管路的设计与优化提供了参考。
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