摘要

　　汽車(chē)空調壓縮機工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲是空調系統主要噪聲源之一,空調連接管路在傳輸制冷媒質(zhì)時(shí)會(huì )將壓縮機的振動(dòng)噪聲傳遞到車(chē)內，從阻斷噪聲傳播且不影響正常工作的角度出發(fā)，管路應當具有良好的消聲性能與流體動(dòng)力性能。

　　空調管路是由鋁管、皮管、消聲器與冷卻水管等構件連接而成。本文以專(zhuān)業(yè)聲學(xué)分析軟件 LMS.Virtual.lab 和流體計算軟件 FLUENT 為平臺，使用有限元方法針對空調管路聲學(xué)性能與流體動(dòng)力性能的主要評價(jià)指標傳聲損失與壓力損失進(jìn)行數值仿真計算，分析管路消聲器進(jìn)出口偏心距離、膨脹腔長(cháng)度、共振器、管路連接方式、彎曲鋁管和皮管等結構參數對管路整體聲學(xué)性能的影響，并計算不同結構下管路進(jìn)出口壓力損失。在對管路整體進(jìn)行仿真計算分析的基礎上，綜合考慮其聲學(xué)性能與流體動(dòng)力學(xué)性能，為其結構優(yōu)化提出改進(jìn)性意見(jiàn)，結果表明：按改進(jìn)意見(jiàn)改進(jìn)后空調管路性能得到良好的改善。

　　通過(guò)對汽車(chē)空調壓縮機振動(dòng)噪聲實(shí)驗測試，發(fā)現壓縮機噪聲能量主要集中在100Hz-2000Hz 頻域范圍內且隨轉速的增大而增大，為聲學(xué)計算提供了目標頻率，然后通過(guò)聲學(xué)實(shí)驗測試管路聲壓傳遞函數，與仿真結果對比發(fā)現得到的傳遞函數曲線(xiàn)在峰值處具有良好的一致性，驗證了仿真分析可靠性。

　　關(guān)鍵詞： 空調管路；振動(dòng)噪聲；消聲器；傳聲損失；壓力損失

ABSTRACT

　　Vibration and noise of automobile air conditioning compressor is the main noise source of air conditioning system. The noise of the compressor will be transmitted to the vehicle through the connecting pipe of the air conditioner, and the pipeline should have good performance of noise elimination and fluid dynamic performance from the angle of blocking noise and not affecting normal operation of compressor.

　　Air conditioning pipelines are composed of aluminum pipe, tube, mufflers and cooling pipes. Based on the professional acoustic analysis software LMS.Virtual.lab and fluid calculation software FLUENT, the finite element method is used to calculate the transmission loss and pressure loss，main evaluation index of acoustic performance and hydrodynamic properties, by numerical simulation. The effect of eccentric distance,expansion chamber length, resonator, connection mode, bending tube and the skin tube structure on the whole acoustic performance are discussed, and the pressure loss of different pipelines are calculated. Based on pipeline calculation of the acoustic performance and hydrodynamic performance, then the improving suggestions are put forward. The results show that the air conditioning pipeline performance is improved after improved design.

　　Through the test of experiment on vibration and noise of automobile air conditioning compressor, the compressor noise is found mainly in the 100Hz-2000Hz frequency range and increases with the increase of rotational speed. The target frequency is provided for the calculation of the acoustic transfer function. After the acoustic test of pressure pipeline, we found that the transfer function curve has good consistency in the peak compared with the simulation curve. The results verified the simulation reliability.

　　KEYWORDS: air conditioning pipelines; noise and vibration; muffler; transmission-loss; pressure loss

　　本課題源于校企合作項目，主要目的在于研究汽車(chē)空調管路聲學(xué)特性及流體動(dòng)力學(xué)性能，針對空調壓縮機振動(dòng)噪聲優(yōu)勢頻率，使用有限元仿真與聲學(xué)實(shí)驗測試方法分析研究管路結構對其傳聲損失和壓力損失等評價(jià)指標的影響，基于仿真對比分析結果對汽車(chē)空調壓縮機排氣管路進(jìn)行結構優(yōu)化設計，減小壓縮機噪聲傳遞的同時(shí)，兼顧排氣管路流體動(dòng)力學(xué)性能，解決噪聲通過(guò)管路傳遞到駕駛室引起噪聲增加問(wèn)題。

　　第一輛汽車(chē)誕生到今天以來(lái)已經(jīng)有 100 多年的歷史。在這期間，汽車(chē)工業(yè)經(jīng)歷了規范化的變革，多次經(jīng)濟危機的打擊和二戰后蓬勃的發(fā)展迎來(lái)了空前的繁榮。

　　在我國，1956 年第一汽車(chē)制造廠(chǎng)成批生產(chǎn)解放牌載重汽車(chē)，是中國汽車(chē)工業(yè)的開(kāi)端。幾十年來(lái)中國的汽車(chē)工業(yè)有了很大發(fā)展，相繼建立了不少主機廠(chǎng)、改裝廠(chǎng)以及零配件廠(chǎng)。已能生產(chǎn)載重汽車(chē)、越野車(chē)、自卸汽車(chē)、大客車(chē)、小轎車(chē)等各種類(lèi)型的汽車(chē)。汽車(chē)工業(yè)一直是我國重點(diǎn)發(fā)展的對象，是我國工業(yè)化進(jìn)程的重要標志也是國家經(jīng)濟的重要支柱之一，為我國的經(jīng)濟的迅猛發(fā)展與國民生活水平的提高做出了重要的貢獻。目前，乘用車(chē)是我國汽車(chē)產(chǎn)品的主體，相對汽車(chē)總數所占比重也在逐年升高，2016 年的乘用車(chē)比例已達到總量的 86%。中國加入 WTO 后，開(kāi)放市場(chǎng)面對更加激烈的國際競爭，中國汽車(chē)企業(yè)如何提高自身核心競爭力成為理論學(xué)者與企業(yè)界研究的關(guān)注焦點(diǎn)，我國汽車(chē)企業(yè)起步晚，現在仍處于發(fā)展上升的階段。不同用途的汽車(chē)對性能的要求有所側重，例如微型乘用車(chē)要求經(jīng)濟實(shí)用，高級乘用車(chē)要求動(dòng)力強勁、內飾豪華乘坐舒適，載貨汽車(chē)要求多拉快跑，越野汽車(chē)要求越過(guò)何種障礙……概括起來(lái)，離不開(kāi)五個(gè)方面的性能指標：動(dòng)力性、經(jīng)濟性、機動(dòng)性、安全性和舒適性[1]。

　　汽車(chē)的動(dòng)力性通常用汽車(chē)最高車(chē)速、汽車(chē)加速時(shí)間、汽車(chē)最大爬坡度三個(gè)參數來(lái)評價(jià)，稱(chēng)為動(dòng)力性指標。汽車(chē)的經(jīng)濟性主要指燃料的經(jīng)濟性，指單位燃料消耗量完成的運輸工作量。通常用的評價(jià)指標是在規定條件下行駛單位里程所消耗的燃料量，如百公里油耗（L/100km）。機動(dòng)性指標簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是指汽車(chē)快速運動(dòng)的能力。汽車(chē)的安全性指標包括主動(dòng)安全性、被動(dòng)安全性和環(huán)境安全性。主動(dòng)安全性指汽車(chē)的制動(dòng)性和操縱穩定性；被動(dòng)安全性主要是撞車(chē)安全性、防火安全型和防盜安全性；環(huán)境安全性主要涉及廢氣排放和噪聲控制。舒適性最基本的要求是行駛的平穩性，即在汽車(chē)在一般行駛速度內，要保證駕駛人員不致因為車(chē)身的振動(dòng)與車(chē)內的噪聲等因素引起疲勞不適的感覺(jué)。目前，國內外汽車(chē)廠(chǎng)家在汽車(chē)的輕量化、動(dòng)力性、可靠性和安全性等方面的技術(shù)已經(jīng)日臻完善，而汽車(chē)舒適性一直是汽車(chē)工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。影響汽車(chē)舒適性的一個(gè)重要因素是汽車(chē)的 NVH 性能，因此，減小汽車(chē)車(chē)內外的振動(dòng)噪聲可以提高其舒適性[2]。隨著(zhù)我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，大量的汽車(chē)、工程機械、軌道交通等應用，交通噪聲問(wèn)題日益突出，已成為城市環(huán)境噪聲中最主要的噪聲源之一，城市環(huán)境噪聲中約有 75%以上的噪聲來(lái)自于機動(dòng)車(chē)輛[3-4]。汽車(chē)的多個(gè)噪聲源中，發(fā)動(dòng)機、空調、風(fēng)機等設備工作時(shí)是汽車(chē)的主要噪聲源，發(fā)動(dòng)機噪聲由燃燒噪聲、機械噪聲和空氣動(dòng)力噪聲等構成，其中空氣動(dòng)力噪聲主要包含汽車(chē)進(jìn)排氣噪聲和風(fēng)扇噪聲，進(jìn)排氣噪聲是發(fā)動(dòng)機最大的噪聲源之一[5]。汽車(chē)的類(lèi)型雖然眾多，但它基本的組成部分是一致的，都是由發(fā)動(dòng)機、底盤(pán)、車(chē)身和電氣設備四大部分組成。

　　發(fā)動(dòng)機是汽車(chē)的動(dòng)力裝置，它的作用是將輸入其中的燃料燃燒而產(chǎn)生動(dòng)力驅動(dòng)汽車(chē)行駛。底盤(pán)由傳動(dòng)裝置和控制裝置幾部分構成，主要作用是傳遞動(dòng)力，連接部件，支撐全車(chē)，保證正常行駛。車(chē)身形成駕駛人員乘坐空間，也起到存放行李物品的作用。電氣設備是汽車(chē)的重要組成部分，由電源、發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火系（汽油機）和啟動(dòng)系、照明和信號裝置、空調系統、儀表和報警系統以及其他的輔助電器共同組成。

　　自上世紀 20 年代汽車(chē)空調誕生以來(lái)經(jīng)歷了 5 個(gè)階段發(fā)展至今，空調已成為汽車(chē)現代化的標志之一，成為現在汽車(chē)的必備的配置。在汽車(chē)中配置空調有許多的作用，可以讓乘客在更加舒適健康環(huán)境下駕駛車(chē)輛，空調可以調節車(chē)內的溫度、濕度、調節車(chē)內的氣流速度、凈化車(chē)廂內的空氣、調節送風(fēng)方向等等。各大汽車(chē)企業(yè)正在尋求以最小的經(jīng)濟投入滿(mǎn)足顧客對于安靜程度、耐用性、緊湊性、以及效率的要求。汽車(chē)空調一般主要由壓縮機、電控離合器、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥、貯液干燥器、管道、冷凝風(fēng)扇、真空電磁閥、怠速器和控制系統等組成。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)壓縮機運轉將制冷劑壓縮成高溫高壓的氣體然后經(jīng)過(guò)車(chē)前冷凝管冷凝成高壓低溫的液體儲存在儲液干燥器中進(jìn)行過(guò)濾凈化，然后流過(guò)膨脹閥后經(jīng)過(guò)節流降壓在蒸發(fā)器內蒸發(fā)吸熱，從而達到降低車(chē)內溫度的目的，雖然汽車(chē)空調系統和其他空調的原理是相同的，但是汽車(chē)空調的工作環(huán)境差，在汽車(chē)形式的過(guò)程中會(huì )有顛簸振動(dòng)的情況，制冷劑在高壓的情況下容易產(chǎn)生泄露，污染環(huán)境，空調系統的維修保養也比固定式空調復雜。

　　汽車(chē)空調的舒適性是衡量其性能的主要指標之一，它包括溫度、濕度和氣流速度除此之外汽車(chē)空調系統在工作運行的過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲也會(huì )影響車(chē)內人員的乘車(chē)舒適性，空調噪聲會(huì )使駕駛員感覺(jué)疲勞，影響身體健康。汽車(chē)空調技術(shù)的發(fā)展迅速 ，其主要功能調節溫度濕度、換氣調節風(fēng)向都得到了逐步的完善，所以空調系統產(chǎn)生的噪聲問(wèn)題得到了越來(lái)越多人的重視。隨著(zhù)空調在現代汽車(chē)中的普遍使用，車(chē)載空調在給車(chē)內帶來(lái)舒適溫度的同時(shí)，空調系統工作產(chǎn)生的噪聲也給車(chē)內乘客帶來(lái)諸多困擾，甚至危害到人的身心健康。研究表明，汽車(chē)在平整的公路上低速行駛時(shí)，空調系統對汽車(chē)內噪聲貢獻量占主要部分[6]， 在車(chē)內空調正常工作的情況下，噪聲值甚至超過(guò) 67dB，車(chē)內噪聲過(guò)高會(huì )損傷乘客聽(tīng)力，讓人產(chǎn)生疲憊感。

空調管路模型

消聲器內部流體域

加共振腔消聲器流體域網(wǎng)格

消聲器連接彎曲管路

管路流體域網(wǎng)格

空調管路整體與局部流體域

目 錄

　　第一章 緒論
　　　　1.1 課題研究目的
　　　　1.2 汽車(chē)空調管路研究意義
　　　　1.3 管路聲學(xué)及流體動(dòng)力性能研究現狀
　　　　　　1.3.1 管路消聲器聲學(xué)研究現狀
　　　　　　1.3.2 管路消聲器流體動(dòng)力性能研究現狀
　　　　1.4 本文主要研究?jì)热?br /> 　　第二章 管路聲學(xué)及評價(jià)
　　　　2.1 管路聲學(xué)理論
　　　　　　2.1.1 波動(dòng)方程求解
　　　　　　2.1.2 聲強與聲功率
　　　　　　2.1.3 聲壓級與聲強級
　　　　　　2.1.4 聲波在管路中的傳播
　　　　2.2 管路消聲器設計要求與分類(lèi)
　　　　　　2.2.1 消聲器設計要求
　　　　　　2.2.2 消聲器的分類(lèi)
　　　　2.3 管路消聲器主要評價(jià)指標
　　　　　　2.3.1 聲學(xué)性能評價(jià)指標
　　　　　　2.3.2 空氣動(dòng)力性能評價(jià)指標
　　　　　　2.3.3 機械結構性能評價(jià)指標
　　　　2.4 簡(jiǎn)單管路消聲器聲學(xué)分析
　　　　2.5 本章小結
　　第三章 空調壓縮機振動(dòng)噪聲測試分析
　　　　3.1 汽車(chē)空調壓縮機噪聲傳播
　　　　3.2 實(shí)驗儀器及測點(diǎn)布置
　　　　3.3 測試數據分析
　　　　　　3.3.1 輻射噪聲分析
　　　　　　3.3.2 機體振動(dòng)分析
　　　　　　3.3.3 吸排氣壓力脈動(dòng)分析
　　　　3.4 本章小結
　　第四章 管路聲學(xué)與流體動(dòng)力學(xué)分析
　　　　4.1 管路消聲器聲學(xué)計算
　　　　　　4.1.1 汽車(chē)空調管路結構模型
　　　　　　4.1.2 圓形管路中三維聲波
　　　　　　4.1.3 管路聲學(xué)計算
　　　　4.2 管路消聲器聲學(xué)分析
　　　　　　4.2.1 偏心距影響
　　　　　　4.2.2 腔體長(cháng)度影響
　　　　　　4.2.3 共振腔的影響
　　　　　　4.2.4 彎曲管路的影響
　　　　4.3 管路整體聲學(xué)性能分析
　　　　　　4.3.1 彎曲管路分析
　　　　　　4.3.2 管路連接方式分析
　　　　　　4.3.3 共振器作用分析
　　　　　　4.3.4 偏心距分析
　　　　　　4.3.5 擴張長(cháng)度分析
　　　　4.4 聲模態(tài)方法計算管路傳遞損失
　　　　　　4.4.1 管路聲模態(tài)
　　　　　　4.4.2 聲模態(tài)方法計算結果分析
　　　　4.5 管路流體特性分析
　　　　　　4.5.1 流體理論方程
　　　　　　4.5.2 管路消聲器阻力特性計算分析
　　　　　　4.5.3 五種管路模型阻力特性計算分析與對比
　　　　4.6 本章小結
　　第五章 管路聲學(xué)實(shí)驗
　　　　5.1 傳遞函數測試原理
　　　　5.2 傳遞函數測試實(shí)驗
　　　　5.3 實(shí)驗測試與仿真結果對比
　　　　5.4 本章小結
　　第六章 總結與展望
　　　　6.1 全文總結
　　　　6.2 展望
　　參考文獻
　　攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況

（如您需要查看本篇畢業(yè)設計全文，請您聯(lián)系客服索取）