Bản chất của tiếng ồn gió: Một bản giao hưởng của khí động học và rung động cơ học
Tiếng ồn gió từ Động cơ quạt điều hòa không khí là một trong những nguồn tiếng ồn quan trọng nhất trong quá trình hoạt động của hệ thống điều hòa không khí. Nó không chỉ đơn giản là "tiếng ồn gió", mà là một tiếng ồn phức tạp được tạo ra bởi sự tương tác phức tạp của khí động học và rung động cơ học. Từ góc độ kỹ thuật, tiếng ồn của gió có thể được định nghĩa là sóng âm được tạo ra bởi vòng quay tốc độ cao của bánh công tác quạt, tương tác với không khí, gây mất ổn định luồng không khí, nhiễu loạn, xoáy và dao động áp lực. Tiếng ồn này thường là băng thông rộng, có nghĩa là năng lượng được phân phối trên một dải tần số rộng, nhưng các đỉnh xảy ra ở các tần số cụ thể (như tần số thông qua lưỡi và sóng hài của nó).
Nguồn tiếng ồn của gió: Bốn cơ chế tạo chính
1. Tiếng ồn tần số lưỡi dao:
Đây là thành phần đại diện nhất của tiếng ồn gió. Khi lưỡi quạt quay ở tốc độ cao, định kỳ "cắt" qua không khí hoặc các cấu trúc cố định (như giá đỡ động cơ và lưỡi Volute), chúng tạo ra xung luồng không khí định kỳ. Xung này tạo ra một nhiễu tần số cụ thể, được gọi là tần số truyền lưỡi (bpf). Công thức tính toán là: bpf = số lượng lưỡi × tốc độ quay (RPM). Ví dụ, một quạt có bảy lưỡi dao và tốc độ quay 1200 vòng/phút có BPF là 7 × (1200/60) = 140 Hz. Do độ nhạy khác nhau với các tần số cụ thể, BPF trong phạm vi 1-4 kHz có thể đặc biệt khó chịu.
2. Vortex rụng tiếng ồn:
Khi không khí chảy trên các bề mặt không đều như lưỡi quạt, giá đỡ và các volutes, các xoáy không ổn định được hình thành. Khi các xoáy này tách ra khỏi bề mặt, chúng tạo ra sự dao động áp suất ngẫu nhiên, tạo ra tiếng ồn băng thông rộng không định kỳ. Tiếng ồn của cơn lốc thường biểu hiện như một âm thanh rít hoặc rít. Nó có thể không đáng chú ý ở tốc độ gió thấp, nhưng tăng đáng kể ở tốc độ gió cao hơn. Kiểm soát nhiễu này đòi hỏi tối ưu hóa thiết kế đường dẫn khí để giảm các bề mặt kéo không cần thiết và các vòng quay sắc nét.
3. Tiếng ồn nhiễu loạn:
Vòng quay của bánh công tác quạt tạo ra một luồng không khí rất hỗn loạn. Bản thân nhiễu loạn là một chuyển động chất lỏng ngẫu nhiên, rối loạn chứa các xoáy có kích thước khác nhau. Chuyển động ngẫu nhiên và tương tác của các xoáy này cũng tạo ra nhiễu băng rộng. Tiếng ồn nhiễu loạn tỷ lệ thuận với sức mạnh thứ sáu của tốc độ gió, có nghĩa là đối với mỗi lần tăng gấp đôi tốc độ gió, mức áp suất âm thanh của tiếng ồn nhiễu loạn tăng gần 18 decibel. Đây là lý do chính tại sao điều hòa không khí gặp phải sự gia tăng mạnh mẽ trong chế độ "sức mạnh".
4. Tiếng ồn cộng hưởng:
Sự cộng hưởng xảy ra khi tần số tự nhiên của lưỡi quạt, volute hoặc toàn bộ cấu trúc điều hòa không khí gần với tần số nhiễu do quạt tạo ra (như BPF). Sự cộng hưởng làm cho biên độ rung tăng đáng kể, khuếch đại nhiễu độ rung tinh tế ban đầu thành một âm thanh lớn. Tiếng ồn này thường biểu hiện như một âm thanh "ù ù" hoặc "gầm", đôi khi đi kèm với những rung động dễ nhận biết. Kiểm soát nhiễu cộng hưởng đòi hỏi tối ưu hóa các vật liệu cấu trúc, thêm vật liệu giảm xóc hoặc sửa đổi thiết kế cấu trúc để thay đổi tần số cộng hưởng.
Chiến lược kiểm soát tiếng ồn: Tối ưu hóa toàn diện từ thiết kế đến ứng dụng
Để giảm hiệu quả tiếng ồn gió trong động cơ quạt điều hòa không khí, ngành công nghiệp đã áp dụng nhiều biện pháp kỹ thuật khác nhau, được tích hợp trong toàn bộ quá trình thiết kế, sản xuất và lắp đặt sản phẩm.
1. Tối ưu hóa thiết kế khí động học và khí động học:
Đây là chìa khóa để giải quyết cơ bản tiếng ồn gió. Thông qua mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán (CFD), các kỹ sư có thể tối ưu hóa hình dạng lưỡi, độ cong, góc độ và độ dày để giảm phân tách luồng không khí và nhiễu loạn, do đó làm giảm nhiễu xoáy. Hơn nữa, sử dụng khoảng cách hoặc chiều dài lưỡi không bằng nhau có thể phá vỡ hiệu quả các sóng hài của quạt thổi (BPF), phân tán năng lượng của nó và giảm độ sắc nét của nhiễu.
2. Tối ưu hóa cấu trúc ống dẫn và ống không khí:
Thiết kế Volute rất quan trọng đối với tác động của nó đối với tiếng ồn của gió. Tối ưu hóa khoảng cách giữa lưỡi bay hơi và cánh quạt có thể làm giảm xung luồng không khí trong quá trình cắt lưỡi. Một bức tường bên trong và ống dẫn khí được sắp xếp hợp lý có thể làm giảm khả năng chống luồng không khí, nhiễu loạn và xoáy, do đó làm giảm tiếng ồn. Một số máy điều hòa không khí cao cấp thậm chí sử dụng lượng không khí hai chiều hoặc thiết kế ống nhiều lớp để đạt được luồng không khí mượt mà hơn.
3. Vật liệu và độ rung và công nghệ giảm nhiễu:
Sử dụng vật liệu composite polymer hoặc vật liệu hấp thụ âm thanh để sản xuất các sóng và ống dẫn động hiệu quả và làm giảm sóng âm thanh. Sử dụng các miếng đệm rung động đàn hồi hoặc chất kết dính giảm xóc ở kết nối giữa động cơ quạt và vỏ điều hòa không khí có thể cô lập rung động động cơ, ngăn không cho nó được truyền qua cấu trúc đến bảng điều hòa không khí, do đó làm giảm nhiễu cấu trúc.
4. Công nghệ điều khiển động cơ:
Việc sử dụng tần số thay đổi và công nghệ DC không chổi than (BLDC) là một xu hướng trong động cơ quạt điều hòa không khí hiện đại. Bởi vì động cơ BLDC thiếu bàn chải, chúng hoạt động trơn tru hơn và lặng lẽ hơn, và tốc độ của chúng có thể được điều chỉnh chính xác và liên tục được điều chỉnh bởi bộ điều khiển tần số thay đổi. Điều này cho phép điều hòa không khí điều chỉnh tốc độ không khí theo nhu cầu thực tế. Ở tốc độ thấp, mức độ tiếng ồn có thể giảm đáng kể, cải thiện hiệu quả sự thoải mái của người dùng.
Đo lường và đánh giá tiếng ồn gió
Về mặt chuyên nghiệp, các phép đo tiếng ồn gió thường được tiến hành trong buồng không khí để đảm bảo rằng kết quả đo không bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn bên ngoài. Các số liệu đo chính bao gồm:
Mức áp lực âm thanh (dB): Điều này phản ánh độ ồn của tiếng ồn. Mức áp lực âm thanh có trọng số A (DBA) thường được sử dụng vì nó gần giống với nhận thức về tai người của con người.
Mức năng lượng âm thanh (DB): Điều này phản ánh năng lượng nhiễu của chính nguồn. Nó độc lập với môi trường thử nghiệm và là số liệu cơ bản để đánh giá hiệu suất âm của sản phẩm.
Phân tích quang phổ: Bằng cách phân tích phân phối nhiễu qua các tần số khác nhau, mức độ nhiễu cực đại, chẳng hạn như tần số cắt lưỡi, có thể được xác định, cung cấp một cơ sở cho thiết kế giảm tiếng ồn tiếp theo.
