新风机出风口减噪结构的优化设计

新风机出风口减噪结构的优化设计

谷敏

南京绿慧能源科技有限公司 江苏南京 210000

摘要：通过CFD技术，我们研究了三种不同的新型风口结构，并发现了一种能够降低噪声的方案。我们发现，采用圆形螺旋式的风口，能够达到较高的降噪性能。此外，我们还通过模拟计算发现，除了风机本身，所有的测量点都处于0~250Hz的高频，因此，我们建议将一种能够降低低频噪声的隔音材料安装在新型风机的内部。经过基频检查，我们发现这种模型是有效的。新风机出风口噪声问题一直是建筑环境中的重要难题之一。对新风机出风口减噪结构进行优化设计的研究意义在于，可以有效地降低室内噪声，提高建筑环境的舒适度和品质，同时也能够提高建筑能源利用效率，实现可持续发展。此外，新风机出风口减噪结构的研究还有助于推动建筑节能减排、绿色环保等方面的发展，具有重要的实际应用价值和社会意义。

关键词：住宅新风机；圆形螺旋风口；声压分布；数值模拟

前言

现在，由于人们越来越关注室内环境的健康，新型的空调系统正在越来越多地被广泛应用。然而，这些系统的工作噪音会严重干扰人的日常工作。这些噪音可能来自于风扇的转速、电机的电磁波和振荡等因素。随着人们生活水平的不断提高和环保意识的增强，新型住宅的建设成为了现代社会中不可或缺的一部分。然而，在现代住宅中，封闭式建筑使得室内空气质量难以得到有效保障，而新风系统的普及和使用成为了解决这一问题的重要手段。但是，由于新风系统在排风过程中会产生噪音，给人们带来一定的困扰和影响生活质量，因此减少新风系统产生的噪音已成为研究的热点。本文通过数值模拟，我们发现三种不同的送风口结构，即圆形、圆形螺旋和矩形，能够有效地降低设备的空调系统的气动噪音。通过这些发现，我们可以找到更加经济实惠的送风口，从而使得整个系统更加安静、舒适。

1数值计算模型的建立

1.1物理模型

根据图1，为了更好地展现新风机送风仓体的结构，我们使用了Solid Works软件进行建模和设计。首先，我们绘制了送风仓体的壁面结构，包括壁板、支撑和进风口等部分。然后，我们根据送风仓体的实际需要，设计了离心风机和出口部分。离心风机是新风系统中的核心部件，能够有效地将室外新鲜空气送入室内，而出口部分则是将送出的空气导出室外的部分，需要保证其结构合理，能够达到预期的送风效果。

对于扩展部分的设计，我们使用了ICEM软件来进行流场模拟和优化设计。首先，我们使用ICEM建立了送风仓体的三维模型，并设置了空气流量、压力和速度等参数。然后，我们通过对流场进行仿真模拟，得到了送风仓体内空气的流动情况，并通过优化设计来调整扩展部分的结构，以使空气能够均匀地扩散开来，从而减少噪音的产生。最终，我们使用ICEM软件进行了流场的数值模拟验证，并对扩展部分进行了优化设计，以提高新风系统的效率和降低噪音产生。

图1 新风机送风仓体模型图

图2展示了三种不同类型的新型住宅新风机的送风口，它们分别是圆形、螺旋和矩形，每种类型的送风口的总面积大致相同，而且每个格栅之间的间距也都是20mm。

图2 新风机出风口减噪结构图 （单位：mm）

1.2数学模型

在本项研究中，为了更加准确地分析新风系统的振荡特征和噪声产生机制，我们采用了多种微分方程来对系统进行建模和预测。其中，我们使用了大涡数值模拟（Large Eddy Simulation，LES）方法，这是一种能够模拟流体流动中大尺度涡旋而忽略小尺度涡旋的方法。通过采用LES方法，我们能够更好地研究新风系统中空气流动的各种特征，如速度分布、压力变化等，从而进一步分析系统的振荡特征和噪声产生机制。

除此之外，我们还采用了莱特希尔声类比方法（Lighthill’s Acoustic Analogy）来进行系统气动噪声研究。该方法利用了流体运动方程和声学波动方程的相似性，将流体的振动和噪声产生视为同一物理现象。通过采用该方法，我们能够定量地分析系统中的噪声产生机制，并进一步优化系统设计，以降低系统的噪声水平。

1.3网格划分与边界条件设置

通过ICEM技术对整个系统的网络结构进行了精细的划分，将89万个网格细化，以确保系统的稳定性和可靠性。例如，“inlet”的“outlet”的“inlet”的“outlet”的180m3/h的2000rpm的输出，以确保系统的稳定性和可靠性。

图3 计算区域及边界示意图

2数值模拟结果与分析

2.1出风仓体宽频噪声数值模拟

本研究使用AnsysFluent中的宽频噪声计算模块（BroadbandNoiseSource）进行声压模拟计算，并得到了圆形螺旋状送风口的声压数据。结果显示，该送风口的最大声压值为10.19dB，出口平均声压为4.46dB，比圆形格栅结构小52％，比矩形格栅结构平均声压值小66.7％。

图4 不同送风口结构对应声压值

研究结果表明，圆形螺旋状送风口结构可以有效降低出口声压，因此是一种最佳的送风方式。该结构由内环、外环和螺孔三个部分组成，图5展示了其三维模型。

图5 圆形螺旋状送风口三维结构图

2.2圆形螺旋送风口仓体离散噪声数值模拟

通过对12个检测点的分布情况进行研究，我们发现了仓库内部的噪音水平。这些检测点分别位于仓库的底层、顶层和风扇内。

将声场模拟计算所得结果经过快速傅里叶变换后可以得到各检测点的噪声频谱图，如图6所示，从图6(a)和(b)通过快速傅里叶变换，我们能够获取每个检测点的噪音频谱。例如，通过观察图（a）和（b），我们发现，当频率介于0~250Hz时，声音的强度最大，而当超过这个范围时，随着频率的升高，声音的强度都会逐渐降低。为了减少0~250Hz的低频噪声，建议在送风仓的内墙上安置有效的隔音材料，并在其底部采取更多的防护措施。同时，根据图6（c），我们发现，不同的频率的声压都有所不同，而这些都会直接影响到设备的正常工作。

图6 声压的频域特性

2.3基频验证

通过对一个监测点的基频检查，我们能够有效地评估模型的稳定性。具体来说，我们采用了一种新的方法来估算风机的旋转噪音，具体表现在公式（1）中。

在本研究中，我们将风机的转速设定为2000rpm，叶片数设定为7，并使用公式nr和公式r / min来计算基频f和谐波频率，其中，当公式i =1、2、3、…，以及i =1时，均可得到相应的结果，具体见表1。

表1基频及谐波频率计算结果

通过对比表1的数值，我们将其转换为图7，该图显示了检测到的噪音信号的分布情况。通过对比，我们发现，我们的数值与实际观察到的信号相差不大。此外，我们还发现，不同的地区都有较大的噪音，其中，基频信号的分布情况较为明显。这些信息都说明，我们的仿真方法非常有效。

图7 基频验证图

由于新风系统的运行，必须依靠管道来将新鲜空气完整地送入房间，但是由于缺乏专门的分流箱，使得每一处的空气流动受到影响，从而引发噪声污染。而采用ABS环保材料制作的分流箱，正是解决这一问题的最佳选择。通过改进设计，这种技术能够稳定风压，平均分布风量，有效减少管道风口的噪声，并使新鲜空气能够扩散到更远的地方，确保室内空气流通，创造宁静舒适的居住环境。

3结论

1）在本项研究中，我们对新型的风扇送风系统进行了模拟分析，得到了一些重要结论。我们发现采用圆形螺旋式送风系统是降低噪音的有效方案。通过模拟分析，我们得出了在新型风扇送风系统中，螺旋式送风口的最高音量是10.19dB，而其出口的平均音量是4.46dB，这个数字要低于圆柱型和矩型的平均音量，前者低了52%，后者低了66.7%。这说明采用圆形螺旋式送风系统能够有效地降低系统的噪音水平，是一种非常优秀的设计方案；

2）我们通过数值模拟发现，当温度介于0~250Hz之间时，圆形螺旋式送风口的空气流动会产生较大的振动。因此，我们建议在新风机的内部放置一层能够抵抗这种振动的隔热材料，并特别注意保护送风管道的底部，以避免系统在运行中产生过多的振动和噪音。这些措施不仅可以降低系统的噪音水平，还可以提高系统的稳定性和可靠性，确保系统能够长期稳定地运行。

总之，本研究的成果为住宅新风机的设计和优化提供了重要的参考依据，为实现住宅节能、环保、舒适的室内环境提供了可行的技术手段。我们相信，在未来的工作中，我们将继续致力于住宅新风机的研究和发展，为改善人们的生活环境做出更多的贡献。

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