CN102789518B - 一种压缩机消音器优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种压缩机消音器优化设计方法，包括以下步骤：建立消音器三维模型；将该消音器三维模型导入有限元声学分析模块进行网格划分，并设定计算参数，计算出消音器的全场声压；根据消音器的声压值，得出消音器的传递损失曲线；根据消音器的传递损失曲线确定消音器的降噪目标频率与节线面；将消音器的排气口位置调整到降噪目标频率对应的节线面与消音器表面相交的位置。本发明缩短了压缩机消音器的开发周期，大大降低了压缩机消音器的开发成本。通过该方法设计的消音器在目标频率段的消声量得到了较大的提高。
Description
技术领域
本发明涉及压缩机技术领域，具体的说是一种基于声学有限元法的压缩机消音器优化设计方法。
背景技术
消音器对于降低压缩机的噪声有重要的作用。目前，压缩机用消音器一般采用的抗性消音器，其消音的基本原理是依靠声波在不同截面管路中的反射进行的。因此，这种类型的消音器对消音频率具有选择性，一般是根据压缩机目标降噪频率来设计的。
但是，由于技术的进步，压缩机排气方式和消音器结构的复杂程度越来越高，通过传统的声学平面波理论对消音器进行设计的方法就显得不适用了。在这种情况下，设计目标频率下消声性能良好的消音器一般是采用经验试凑的方法。这种方法效率比较低，而且会浪费大量的人力物力，增加了压缩机开发过程的成本。
发明内容
针对以上现有技术的不足与缺陷，本发明的目的在于提供一种压缩机消音器优化设计方法。
本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的：
一种压缩机消音器优化设计方法，包括以下步骤：
a、建立消音器三维模型；
b、将该消音器三维模型导入有限元声学分析模块进行网格划分，并设定计算参数，计算出消音器的全场声压；
c、根据消音器的声压值得出消音器的传递损失曲线；
d、根据消音器的传递损失曲线确定消音器的降噪目标频率与节线面；
e、将消音器的排气口位置调整到降噪目标频率对应的节线面与消音器表面相交的位置。
作为本发明的优选技术方案，所述b步骤中所述的计算参数包括流体域、边界条件、计算的频率范围、计算频率步长。
作为本发明的优选技术方案，所述流体域参数为消音器内制冷剂的密度数据和声速数据。
作为本发明的优选技术方案，所述边界条件参数为消音器的进气口与排气口的压力数据。
作为本发明的优选技术方案，所述c步骤中消音器的传递损失曲线是根据消音器的进气口与排气口的声压值，按照传递损失计算公式：TL=20*log10(|Pin/Pout|)计算得出。
作为本发明的优选技术方案，所述d步骤包括以下步骤：
首先，将消音器的传递损失曲线与压缩机噪音频谱曲线图进行比较，确定降噪目标频率；
然后，根据降噪目标频率将声压为0的等值面设定为节线面。
与现有技术相比，本发明基于声学有限元法得到消音器的优化设计方案，与现有的经验试凑法相比，节约了大量的人力物力，缩短了压缩机消音器的开发周期，大大降低了压缩机消音器的开发成本。通过该方法设计的消音器在目标频率段的消声量得到了较大的提高。
附图说明
图1为本发明中消音器的三维模型示意图。
图2为本发明中消音器的传递损失曲线图。
图3为压缩机噪音频谱曲线图。
图4为本发明中消音器的节线面分布示意图。
图5为本发明中优化后的消音器的三维模型示意图。
图6为本发明中消音器优化前与优化后的进气口位置示意图。
图7为本发明优化后的消音器的传递损失曲线图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：
请参阅图1，采用三维建模软件（例如，美国参数技术公司研发的Pro/Engineer软件或美国solidworks公司研发的Solidworks软件等）建立消音器三维模型，并保存成iegs格式或stp格式。在本实例中采用Pro/Engineer软件建立消音器的三维模型，并保存为stp格式。
然后，将stp格式的消音器三维模型导入至美国COMSOL Inc公司研发的COMSOL Multiphysics有限元软件声学分析模块进行网格划分，并设定流体域、边界条件、计算的频率范围、计算频率步长，计算出消音器的全场声压。其中，流体域参数为消音器内制冷剂的密度数据和声速数据；边界条件参数为消音器的进气口与排气口的压力数据。本实施例中制冷剂的密度设定为31.15kg/m3，声速设定为177m/s；边界条件为：进气口设置为值1Pa的压力边界条件，排气口处设置为无反射边界条件，计算频率范围设置为10Hz-5000Hz，计算频率步长设置为20Hz。
根据消音器进气口与排气口的声压值，在本实施中进气口声压表示为Pin，排气口声压表示为Pout，按照传递损失计算公式：TL=20*log 10(|Pin/Pout|)进行计算得出如图2所示的消音器的传递损失曲线图。
将消音器的传递损失曲线图与图3所示的压缩机噪音频谱曲线图进行比较，发现在2400Hz处，压缩机的噪声声压级较大，而消音器在此频率处的消声量只有20dB左右，消声量比较小；因此，可确定2410Hz为降噪目标频率，然后根据2410Hz的降噪目标频率，设置显示声压为0的等值面，并将此曲面设置为黑色，即可得到如图4所示的降噪目标频率（2410Hz）下的四处节线面1、2、3、4的分布位置。
根据得到的节线面分布，将消音器的排气口位置任意的调整到降噪目标频率对应的四个节线面1、2、3、4中任意一处与消音器表面相交的位置，即可大大提高目标频率段的消声量。在本实施例中，选择将消音器的排气口5移动到节线面1与消音器上盖表面相交处，得到如图5与图6所示的经过优化设计的消音器，其中排气口5为原有的消音器排气口，排气口6为经优化设计后，重新设计的排气口。
重新计算出优化设计后的消音器的传递损失曲线图如图7所示，可以看出在2410Hz频率段的消声量从20dB左右提高到了65dB，与原有设计相比大大提高了目标频率段的消声性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明所作的等效变化与修改，都被本发明权利要求书的范围所覆盖。
Claims (6)
1.一种压缩机消音器优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、建立消音器三维模型；
b、将该消音器三维模型导入有限元声学分析模块进行网格划分，并设定计算参数，计算出消音器的全场声压；
c、根据消音器的声压值得出消音器的传递损失曲线；
d、根据消音器的传递损失曲线确定消音器的降噪目标频率与节线面，根据降噪目标频率将声压为0的等值面设定为节线面；
e、将消音器的排气口位置调整到降噪目标频率对应的节线面与消音器表面相交的位置。
2.根据权利要求1所述的一种压缩机消音器优化设计方法，其特征在于：所述b步骤中所述的计算参数包括流体域、边界条件、计算的频率范围、计算频率步长。
3.根据权利要求2所述的一种压缩机消音器优化设计方法，其特征在于：所述流体域参数为消音器内制冷剂的密度数据和声速数据。
4.根据权利要求2所述的一种压缩机消音器优化设计方法，其特征在于：所述边界条件参数为消音器的进气口与排气口的压力数据。
5.根据权利要求1所述的一种压缩机消音器优化设计方法，其特征在于：所述c步骤中消音器的传递损失曲线是根据消音器的进气口与排气口的声压值，按照传递损失计算公式：TL=20*log10(|Pin/Pout|)计算得出，进气口声压表示为Pin，排气口声压表示为Pout。
6.根据权利要求1所述的一种压缩机消音器优化设计方法，其特征在于：所述d步骤包括以下步骤：
首先，将消音器的传递损失曲线与压缩机噪音频谱曲线图进行比较，确定降噪目标频率；
然后，根据降噪目标频率将声压为0的等值面设定为节线面。
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