冰箱压缩机声场数值分析及降噪优化.doc

浙江大学 硕士学位论文 冰箱压缩机声场数值分析及降噪优化 姓名:王宁峰 申请学位级别:硕士 专业:化工过程机械 指导教师:金涛 第三章冰箱压缩机冷冻油充量对压缩机内部声场影响 压缩机的内部声场分布直接关系到压缩机的噪声传播。大量的文科54]【551研究了单一介质流固耦合的振动影响,结论认为流体对壳体的模态影响较大。而对冰箱压缩机的冷冻油来说一般量较少(300ral左右,冷冻油的存在对壳体与声场的耦合作用是否有影响,对壳体的模态影响如何;另一方面冰箱压缩机工作中温度会不断升高,同时制冷剂与冷冻油的混合以及油内部气泡的产生都会使的冷冻油的物理性质发生变化,文献[561讨论了非稳态下的油液动力噪声,认为是气穴(油泡噪声和油液冲击引起油液动力噪声主要原因;减小油量可以有效的降低噪声但需考虑其他因素;下文将讨论冷冻油对声场分布的影响以及减小冷冻油对声场的影响。 流固耦合常见的数值分析方法有有限元法、有限差分法、边界元法和无限元法等。随着计算机技术的发展,有限元方法和边界元方法已成为研究复杂结构在外力作用下的稳态声辐射特性和声振耦合机理的有力工具【571。但是边界元无法计算多种流体耦合,而有限元耦合的适应性较强。目前有很多大型的计算有限元软件,如ANSYS、NASTR AN和SYSNOISE等。ANSYS是一种通用的大型综合有限元分析软件,但缺点是利用有限区域截断来模拟声场,并且声场的后处理功能较弱。SYSNOISE是大型声场和振动有限元分析软件,其优点是声场的后处理功能很强,但它没有网格划分的功能,而且不支持梁单元和质量点单元。 3.1计算模型及各种计算情况下的结果 图3.1压缩机及内部结构 如上图所示,全封闭往复活塞式冰箱压缩机,由电机、气缸、曲轴箱、曲轴连杆等组成。曲轴箱由四个弹簧悬挂在外壳内壁上。电机电压220V,制冷量≥100W×95%,转速2950r/min,制冷剂R600a,冷冻油约320ml(L-DRB/A22。内部充氮气,压力0.5×105~1.2×105Pa;壳体采用宝钢stl4sphe厚度为3mm。 增加边界条件:流体外表面与壳体内壁耦合,油与氮气在边界面上耦合。 1950Hz声场模态 2688Hz声场模态 1900Hz壳体模态 2582Hz壳体模态 3718Hz声场模态 3714I-17,壳体模态 图3.2声场模态幅值分布及壳体模态位移分布图 计算结果l一29阶耦合模态频率(Hz如下: 9.4770E一04828.822451212207119015118223390882689381129008651319828563471451037133560380462104042509549039553 5470.6384 6103.5749 6962.2449 7104.9193 7275.9860 当声场固有模态与壳体的固有频率接近时,容易产生共振使的壳体的隔声作用消失3.2为三个频率相近的声场和壳体模态,颜色较深的位置均为l幅值较大处。 图 由上面数据(表3.1及模态形状可以看出,当壳体内约束增加时会出现低频的局部模态同时由于刚度增加模态向高频移动;冷冻油的存在会使的内部流体的声模态频率向高移动。由结构模态的贡献因子可以看出,在3000HZ以下壳体对流固耦合的模态影响较大。 一般耦合(共振作用的强弱可考虑如下因素: a振动平面是否浸入重的液体,耦合的重要性随流体的密度的增大而增大b结构的刚度 c结构与周围容积有接近的共振频率 d结构的模态与声场模态的压力分布的匹配情况 4除去内部组件进行声场的模态分析 实际由于内部压缩机的存在占据大部分空间会使声场发生较大的变化,下面是除去压缩机部分并作简化后的流体空间有限元分析数据。做耦合模态分析时,假设内部压缩机 表面为刚体且只考虑壳体的支撑。 氮气与壳体接触面积为11007mm2冷冻油与壳体接触面积为35881FOATl2 图3.3有限元模型 讨‘算结果如表3.2所列: 表3.2 计算结果 (node 4声42场7模态e频lem率e(nHzts20630 结构模态频率(Hz多域的洳耦合( …………一”~多域的流固耦合 全为氮气 下部分为冷冻油时 node 604模态频率(Hz elements 1143884.1474817294733363992043988978548107022 9461O 762 3 2422