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原文传递空调风管影响下的汽车乘员舱噪声CFD分析

论文题名：	空调风管影响下的汽车乘员舱噪声CFD分析
关键词：	汽车乘员舱;噪声CFD分析;空调风管
摘要：	在要求节能减排的新形势下，新能源汽车相对传统汽车更为符合新时代产业发展规划，因此近年来国内外的新能源汽车产业发展形势愈来愈好，也使得更多人关注新能源汽车的舒适性。噪声是影响汽车内部舒适性的重要因素，而车体密封性能的提升使车外噪声较难传入车内，因此车内噪声成为汽车乘员舱内噪声的关键。由于汽车空调系统的风管出风口与汽车乘员舱直接相连，高速流体在暖通空调系统管道产生的噪声将会直接进入到汽车驾乘舱内，所以研究汽车空调风管产生的气动噪声以提高新能源汽车乘员舱内舒适度具有重要意义。本文针对某新能源轻型卡车采用数值仿真方法分析了暖通空调系统除霜风管和吹面风管影响下的乘员舱流场与声场特性并据此提出了改善其气动噪声的方案。本文主要研究内容如下：　　首先，分析确定了空调风管及乘员舱数值仿真模型及模拟方法。通过对比分析计算流体力学软件内各数值模拟模型的适用范围与其优缺点，结合本文研究对象，以及除霜工况和吹面工况，确定了流场稳态仿真分析时运用雷诺平均方程组模拟计算方式附加Realizablek-epsilon湍流模型，利用宽频带噪声源模型预估风管噪声源；瞬态仿真分析时采用分离涡数值模拟方法附加SSTk?omega湍流模型，采用声类比方法应用FW-H模型考虑噪声源的所有成分进行乘员舱内噪声远场计算。　　然后，采用选定的模型与方法研究了除霜工况的风管和乘员舱内流场及声场特性并揭示了其中规律。建立了空调除霜风管和乘员舱封闭几何模型和仿真模型，在满足汽车风窗玻璃除霜性能的条件下，以除霜风管入口流试验值201.00m3/h和380.00m3/h等不同工况作为模型输入，探究风管流场和稳态声场特性，结果表明，风管内的气流速度场、压力场和湍动能场的分布与风管结构有关，且与入口流大小正相关。采用声类比方式分别计算了风管气流噪声源在近场风管出口附近和远场乘员舱内座椅附近的噪声值，结果发现，声压级受沿程阻碍影响较大，且与监测点位置有关，与入口流大小正相关。最大除霜工况时驾乘人员耳旁噪声最大值小于噪声标准限值，说明除霜风管在满足除霜性能条件下，能满足噪声性能要求。　　同时，研究了某新能源轻型卡车空调吹面工况的风管与乘员舱内流场及声场特性。在满足乘员舱舒适性的下以最大入口流450.00m3/h为输入，通过分析吹面风管内部气流速度场、压力分布以及风管表面噪声源分布的计算结果表明，噪声源主要分布在风管结构突扩突缩及弯道处。由FW-H噪声源模型计算得到远场乘员舱内人耳处附近的声压级达63dB(A)，其噪声值处于过高的位置，故乘员舱内噪声存在优化空间。　　最后，针对最大入口流时吹面风管内噪声源分布不合理和乘员舱内噪声过大问题进行了吹面风管结构改进。根据吹面风管内部气体流动速度图和表面静压分布图分析发现的吹面风管的突扩、突缩及转角处结构不合理，从而导致气流产生涡流，引起压力脉动，产生气流再生噪声而影响乘员舱内噪声。为此，结合工程实践对风管突扩、突缩处的结构进行了平顺过渡处理，将管道转角处半径修正为R60。改进后的吹面风管稳态噪声源分析表明，风管表面噪声源有所减小；改进前后乘员舱内监测点声压级对比发现，驾驶员耳旁噪声减小了2dB，改进成效显著；通过吹面风管风量分配验证分析表明，改进后的风管风量分配仍为2:3:3:2满足吹面使用要求。　　论文应用计算机仿真方法研究了某车乘员舱内的流场和声场，在产品正式生产前对其舒适性进行研究和改进，可以减少实物模型及实物试验，从而有效降低产品开发成本，对于新产品开发具有促进作用。
作者：	林嘉玉
专业：	工程(车辆工程)
导师：	黄泽好;李哲
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2022