空调室内机内部流场特性及气动声学模型研究

《空调室内机内部流场特性及气动声学模型研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、上海交通大学博士学位论文空调室内机内部流场特性及气动声学模型研究博士生：孙康杰导师：杜朝辉教授院系：机械与动力工程学院专业：动力工程及工程热物理上海交通大学二零一五年六月DoctorDegreeThesisofShanghaiJiaoTongUniversitySTUDYONINTERNALFLOWANDAEROACOUSTICSMODELOFINDOORUNITOFAIRCONDITIONERBySUNKANGJIEMajorinPowerEngineeringandEngineeringThermalPhysi

2、csAdvisedbyProfessorDuZhaoHuiShanghaiJiaoTongUniversityJun.2015上海交通大学博士学位论文摘要空调室内机内部流场特性及气动声学研究摘要空调室内机主要包括横流风机和换热器，其气动性能和气动声学问题被广泛关注。横流风机由于其独一无二的几何结构，其内部存在稳定的偏心涡结构，降低了横流风机系统的效率，因此研究横流风机的内部流动机理，特别是偏心涡的起源及发展规律具有重要的科学意义。气流经过空调室内机时随机产生的尖啸噪声对人体的舒适性有直接影响，因此有必要针对噪声产生

3、的特性及发生机理展开详细研究，进而为空调室内机的设计提供可靠的理论基础。本文以横流风机为研究对象，通过实验和数值模拟手段详细研究了横流风机内部偏心涡启动、发展的规律，提出了控制偏心涡系统能量损失的方法，即在靠近蜗舌附近位置加装可调节角度的进口导叶，从而有效地减小了偏心涡的区域，增大了通流区域，提高了横流风机的气动性能。同时，本文以换热器作为研究对象，通过气动声学实验详细测量了气流经过换热器时产生随机噪声的环境，并通过热线实验和数值模拟手段分析了噪声产生的机理，建立了适用于空调室内机换热器噪声的声学模型。本文首先采用

4、流动可视化实验方法对横流风机启动和稳定工况时偏心涡的产生及发展进行测量，精确捕捉到了偏心涡产生及稳定发展的流动图像。同时，使用商业软件FLUENT对稳定发展阶段的横流风机内部流动细节进行非稳态数值模拟，并与流动可视化实验结果相结合，从质量和能量两方面分析了横流风机偏心涡稳定存在的原因，并采用正交分解法和涡动力学原理分析了气流二次回流进入横流风机时叶片流动分离产生的脱落涡对偏心涡的影响，较为完整地提出了偏心涡产生及发展的机理。在明确了偏心涡产生及发展机理的基础上，提出并设计了在蜗舌附近加装进口可调导叶的改进措施。通过

5、数值模拟手段对进口可调导叶的安装角度进行分析，结合总压、相对总压、扭矩系数等参数确定了能够有效提高横流风机性能的进口导叶角度，从而能够有效地减小二次回流进入叶片时的流动分离，减小偏心涡的区域，增大通流区域的区域，提高横流风机的气动性能。然后通过气动性能实验对数值模拟结果进行验证。结果表明，在流量不变的条件下，其功耗较不加进口导叶的原型机而言降低约3%。I上海交通大学博士学位论文摘要本文还针对气流经过换热器时会随机产生的尖啸噪声展开研究。首先通过气动声学实验研究了噪声发生的特性，通过气流大小、方向、换热器表面层数及换

6、热器空腔数目等参数确定了噪声的特性，通过流速与频率之间的关系确定这种噪声是一种气动声学噪声，然后通过热线测速仪和数值模拟手段详细研究了随机噪声产生的机理，在此基础上，提出了适用于换热器噪声的Hill-hillnoise声学模型，通过大量的实验数据建立了Hill-hillnoise噪声的空腔剪切层自激振荡频率预测公式，并明确了噪声的特性及产生机理。关键词：空调室内机横流风机偏心涡性能预测换热器气动声学预测II上海交通大学博士学位论文STUDYONINTERNALFLOWANDAEROACOUSTICSOFINDOOR

7、UNITOFAIR-CONDITIONINGABSTRACTIndoorunitofair-conditioningconsistoncross-flowfan(CFF)andheatexchanger.Theaerodynamicandaeroacousticpropertiesofindoorunithavebecomethemoreandmoreimportantissuesrecently.Duetoitsuniquegeometry,CFFiswidelyusedinindoorair-condition

8、ingsystems.However,theinternalflowstructureofCFFissodifferentfromothertypesoffan,suchaseccentricvortexinsidetheimpeller.Theeccentricvortexstructuremakestheefficiencyofcross-flowfan