空调系统制冷剂压力脉动产生的噪声分析及对策

　　空调系统主要由压缩机、换热器(冷凝器和蒸发器)、风机系统、管路系统、节流装置组成。空调系统工作时,其内部的压力是脉动的。

　　1)当流体传递到系统中的缩口截面时,流体的压力和流速会发生变化。比如,液态制冷剂经过系统中的节流装置,由于截面突然变窄,高速高压的制冷剂会在变截面处产生压缩波,使系统产生噪声和振动。有关节流装置前后的压力脉动测量值可以参考文献[1]。

　　2)在高压缩比情况下,压缩机排气端周期性的脉动力表现更为明显。这种脉动力使气流的压力和速度呈现周期性变化。管路内的流体通过压缩、膨胀,形成具有一定弹性和一定质量振动系统进而产生噪声,如果压缩波的频率与振动系统的固有频率相同,则产生共振,振动系统为气体则为气柱共振。这种振动产生的低频噪声通过空调管路和制冷剂通道传入室内换热器。对于变频空调系统,室内机噪声峰值频率与压缩机运行频率成倍数关系。

　　高频噪声很容易被隔离,可以采用隔音、吸音等方法来解决;低频声由于波长较长,透射和绕射能力都很强,空调发出的低频噪声会对消费者造成烦恼或伤害,只有消除噪声源和传播途径才能有效率消除噪声。笔者以变频柜机空调系统为例,从理论和实验2个方面阐述空调系统由于流体脉动产生噪声的根本原因,提出抑制这种噪声的基本措施,为空调产品的低频噪声研究提供思路和方向。

　　1 空调系统噪声产生原理

　　如图1所示,设长为l的直管一端与大容器相连,正常流动时管末端阀门处的压强为p,流速为v,假设在某一时刻,阀门突然关闭,则最前面的流体突然撞击在阀门上,速度立刻降为0,压强从p升高为p+$p。在p与p+$p的液体界面上就形成了一个压缩波。在理想情况下,设压缩波在流体中的传播速度为c,则在l/c>t>0的时间段内,波面会从右向左传播,波面所到之处液体速度降为0,压强升高为p+$p;当t=l/c时,波面达到管口,管中全部流体均已受到压缩,速度全部降为0。由于管口两端压力不平衡,管中受压流体在$p的作用下又以速度v向左运动,膨胀波从左向右传播,波面所到之处,流体压强降低为p;当t=2l/c时,膨胀波达到阀门处,全管中的流体均结束受压。此时,由于惯性作用,流体在结束受压后会仍然以速度v向左运动,产生过度膨胀。这正如一个受压的弹簧:在外力消失之后,弹簧不仅会恢复到原来的状态,由于惯性作用,还会伸长得比原来更长。参考弹簧的周期计算方法,容易得到在这种理想情况下,压缩波在管道中来回传播一次的频率为

　　式中:c为压缩波的传播速度。压缩波的传播速度与液体的密度、弹性模数、材料的弹性模数以及管路的形状有关。一般情况下,空调系统由铜管组成,材料刚性很大,压缩波的传播速度接近流体的当地音速。这个频率为流体振动系统的固有频率,当系统激励频率与固有频率接近或相等时,系统将发生共振,产生强烈的振动。