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摘要：基于某一型号冰箱压缩机吸气消声器，对其声学性能进行了有限元分析。该消声器是上下两腔式，分析过程中针对插管不同结构参数（孔径、插管长度、孔的位置）对消声器传递损失的影响，明确各参数影响的不同频段。研究结果可以为冰箱压缩机吸气消声器的优化设计提供明确的优化方向。
关键词：消声器 声学性能 传递损失
Abstract： Finite Element Analysis was used to analyze the acoustic property based on a Compressor muffler. This muffler has upper and lower cavity， the influence of intubation parameter on transmission loss is carried， this distinguish the different influence bands of each intubation parameter. The study results will provide a clear direction for optimizing the suction mufflers.
Keywords： Muffler，Acoustic property，transmission loss
1 引言
社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对家電产品的质量性能越来越关注，尤其是家电产品的噪声指标，冰箱厂也通过各种计算中降低冰箱噪声。压缩机作为冰箱的 “心脏”部件，是冰箱噪声的主要来源。冰箱压缩机噪声主要分为机械噪声、气动噪声和电磁噪声[1]，其中气动噪声是由于流体在流动过程中，产生不规则的脉动，而向外辐射的噪声。降低气动噪声的最有效方式就是安装合适的吸气消声器，并在必要时对其进行结构优化。
由于压缩机特殊的结构，在消声器内腔不能使用任何消声材料或者吸声材料，现在常用的吸气消声器结构为抗性扩张式，其工作原理是利用管道截面的突变（扩张、收缩或者改变方向等）造成管道内声阻抗的突然增大或者突然减小，从而使某些频率处的声波不能顺利通过消声器，从而达到消声的目的[2-3]。
目前压缩机常用的吸气消声器主要有双腔体式、共振腔体式、左右腔体式、蛇管式，本文借助LMS Virtual Lab通过有限元分析方法，分析上下腔体式吸气消声器的各个结构参数对吸气消声器消声性能的影响，明确各参数的影响频段。
2 理论模型
2.1基本假设[4-5]
由于吸气产生的噪声或阀组拍击产生的噪声，在消声器内部传播是一个复杂的过程，分析过程中，为了简化模型一般做如下基本假设：
（1）介质是理想流体，传播过程没有能量损耗。
（2）介质均匀分布，初始静态压强和静态密度都是常数。
（3）声波传播过程时，介质密度转换过程中不存在热交换，即是一个绝热传播过程。
（4）消声器是刚性壁，声波不会被吸收或向外辐射。
2.2 有限元分析
一般压缩机中制冷剂为R600a，密度为ρ=1.63kg/m3，声速为c=218.5/s，同时在进行数值分析计算时，还需设置如下消声器边界条件：
（1）进口边界条件。入射波为平面波，速度为1m/s。
（2）出口边界条件。出口设置声阻抗率为z=pc，即出口类似连接一个无限长管道而无反射。
（3）内壁边界条件。消声器内壁被认为是刚性壁，声能不会被吸收。
2.3 声学性能
传递损失是评价消声器声学性能的固有属性，它主要包括消声量大小和消声频段两部分。传递损失定义为消声器的入口声能与出口声能之差，其计算表达式为：
3 数值分析与分析
冰箱压缩机吸气消声器建立过程，第一步使用SolidWorks进行三维建模，然后倒入hypermesh生成网格模型，最后用声学分析软件LMS Virtual Lab进行声学性能计算。研究插管的结构参数对消声器传递损失的影响，为双腔式消声器结构优化提供理论依据，插管原始结构参数如图1所示。
3.1 插管孔径的影响
隔板上插管直径分别为6mm、5mm、4.5mm、4mm，得到传递损失曲线如图2所示。从图中可以看出，孔径对传递损失的影响主要体现在500Hz-1500Hz、1900 Hz-2500 Hz、5600Hz以上三个频段，其中500Hz-1500Hz、1900Hz-2500 Hz频段随着孔径的增大消声量变小，而在5600Hz以上传递损失与孔径的大小成正比。
3.2 插管长度的影响
插管长度值分别为10mm、15mm、20mm，得到的传递损失曲线如图3所示。从图中可以看出，插管长度不会影响400Hz以下、1200Hz-1800Hz频段消声量，对400Hz-1200Hz频段范围的消声量有影响但较小，随着插管长度的变大消声量变小，对于2200Hz-3000Hz以上频段影响较大，随着插管长度的变大，消声量变小，而对于3000 Hz以上的高频，插管长度对消声量有影响，但是规律不明显。
3.3 插管位置的影响
插管与出口的距离分别为21mm和16mm，即改变插管与消声器出气口的相对位置，得到的传递损失曲线如图4所示。从图中可以看出，在1800 Hz以下，插管长度对消声量基本没有影响。而在1900 Hz-2700 Hz、3100 Hz -3300 Hz 及3500 Hz-4000 Hz三个频段，插管越靠近出口，消声量越大，除此以外，插管长度对其它频段有影响，但是影响相对较小。
4 总结
根据以上分析可知：
（1）插管孔径基本上与消声器消声量成反比，因此在优化消声器的声学性能时，要注意消声器的流体性能，以免影响压缩机COP，降低能耗等级。
（2）对于插管与消声器出口的相对位置，可以同时兼顾消声器的声学性能和流体性能，因此在优化位置时，如果压缩机空间允许，尽量让插管与出口正对。
（3）改变插管的任何一个结构参数，对于低于400Hz的频段基本没有影响，但对于2000Hz-3000Hz频段的消声量都有影。
（4）本论文的研究结果对吸气消声器的设计、优化可以提供定性分析方向，缩短研发周期。
参考文献：
[1] 韩海晓，何志龙，彭强强.全封闭冰箱压缩机噪声控制研究综述[J].流体机械2012，40（1）：35-40.
[2] Munjal M. L.. Acoustics of ducts and mufflers. Second edition[M]. United Kingdom： John Wiley &Sons Ltd.2014，62-63；78-79.
[3] 方丹群，王文奇，孙家麒. 噪声控制[M]. 北京出版社. 北京. 1986.
[4]杜功焕.声学基础.南京大学出版社，2001.
[5]马大猷.噪声与振动控制工程手册.机械工业出版社，2002.
（作者单位：嘉兴职业技术学院）
关键词：消声器 声学性能 传递损失
Abstract： Finite Element Analysis was used to analyze the acoustic property based on a Compressor muffler. This muffler has upper and lower cavity， the influence of intubation parameter on transmission loss is carried， this distinguish the different influence bands of each intubation parameter. The study results will provide a clear direction for optimizing the suction mufflers.
Keywords： Muffler，Acoustic property，transmission loss
1 引言
社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对家電产品的质量性能越来越关注，尤其是家电产品的噪声指标，冰箱厂也通过各种计算中降低冰箱噪声。压缩机作为冰箱的 “心脏”部件，是冰箱噪声的主要来源。冰箱压缩机噪声主要分为机械噪声、气动噪声和电磁噪声[1]，其中气动噪声是由于流体在流动过程中，产生不规则的脉动，而向外辐射的噪声。降低气动噪声的最有效方式就是安装合适的吸气消声器，并在必要时对其进行结构优化。
由于压缩机特殊的结构，在消声器内腔不能使用任何消声材料或者吸声材料，现在常用的吸气消声器结构为抗性扩张式，其工作原理是利用管道截面的突变（扩张、收缩或者改变方向等）造成管道内声阻抗的突然增大或者突然减小，从而使某些频率处的声波不能顺利通过消声器，从而达到消声的目的[2-3]。
目前压缩机常用的吸气消声器主要有双腔体式、共振腔体式、左右腔体式、蛇管式，本文借助LMS Virtual Lab通过有限元分析方法，分析上下腔体式吸气消声器的各个结构参数对吸气消声器消声性能的影响，明确各参数的影响频段。
2 理论模型
2.1基本假设[4-5]
由于吸气产生的噪声或阀组拍击产生的噪声，在消声器内部传播是一个复杂的过程，分析过程中，为了简化模型一般做如下基本假设：
（1）介质是理想流体，传播过程没有能量损耗。
（2）介质均匀分布，初始静态压强和静态密度都是常数。
（3）声波传播过程时，介质密度转换过程中不存在热交换，即是一个绝热传播过程。
（4）消声器是刚性壁，声波不会被吸收或向外辐射。
2.2 有限元分析
一般压缩机中制冷剂为R600a，密度为ρ=1.63kg/m3，声速为c=218.5/s，同时在进行数值分析计算时，还需设置如下消声器边界条件：
（1）进口边界条件。入射波为平面波，速度为1m/s。
（2）出口边界条件。出口设置声阻抗率为z=pc，即出口类似连接一个无限长管道而无反射。
（3）内壁边界条件。消声器内壁被认为是刚性壁，声能不会被吸收。
2.3 声学性能
传递损失是评价消声器声学性能的固有属性，它主要包括消声量大小和消声频段两部分。传递损失定义为消声器的入口声能与出口声能之差，其计算表达式为：
3 数值分析与分析
冰箱压缩机吸气消声器建立过程，第一步使用SolidWorks进行三维建模，然后倒入hypermesh生成网格模型，最后用声学分析软件LMS Virtual Lab进行声学性能计算。研究插管的结构参数对消声器传递损失的影响，为双腔式消声器结构优化提供理论依据，插管原始结构参数如图1所示。
3.1 插管孔径的影响
隔板上插管直径分别为6mm、5mm、4.5mm、4mm，得到传递损失曲线如图2所示。从图中可以看出，孔径对传递损失的影响主要体现在500Hz-1500Hz、1900 Hz-2500 Hz、5600Hz以上三个频段，其中500Hz-1500Hz、1900Hz-2500 Hz频段随着孔径的增大消声量变小，而在5600Hz以上传递损失与孔径的大小成正比。
3.2 插管长度的影响
插管长度值分别为10mm、15mm、20mm，得到的传递损失曲线如图3所示。从图中可以看出，插管长度不会影响400Hz以下、1200Hz-1800Hz频段消声量，对400Hz-1200Hz频段范围的消声量有影响但较小，随着插管长度的变大消声量变小，对于2200Hz-3000Hz以上频段影响较大，随着插管长度的变大，消声量变小，而对于3000 Hz以上的高频，插管长度对消声量有影响，但是规律不明显。
3.3 插管位置的影响
插管与出口的距离分别为21mm和16mm，即改变插管与消声器出气口的相对位置，得到的传递损失曲线如图4所示。从图中可以看出，在1800 Hz以下，插管长度对消声量基本没有影响。而在1900 Hz-2700 Hz、3100 Hz -3300 Hz 及3500 Hz-4000 Hz三个频段，插管越靠近出口，消声量越大，除此以外，插管长度对其它频段有影响，但是影响相对较小。
4 总结
根据以上分析可知：
（1）插管孔径基本上与消声器消声量成反比，因此在优化消声器的声学性能时，要注意消声器的流体性能，以免影响压缩机COP，降低能耗等级。
（2）对于插管与消声器出口的相对位置，可以同时兼顾消声器的声学性能和流体性能，因此在优化位置时，如果压缩机空间允许，尽量让插管与出口正对。
（3）改变插管的任何一个结构参数，对于低于400Hz的频段基本没有影响，但对于2000Hz-3000Hz频段的消声量都有影。
（4）本论文的研究结果对吸气消声器的设计、优化可以提供定性分析方向，缩短研发周期。
参考文献：
[1] 韩海晓，何志龙，彭强强.全封闭冰箱压缩机噪声控制研究综述[J].流体机械2012，40（1）：35-40.
[2] Munjal M. L.. Acoustics of ducts and mufflers. Second edition[M]. United Kingdom： John Wiley &Sons Ltd.2014，62-63；78-79.
[3] 方丹群，王文奇，孙家麒. 噪声控制[M]. 北京出版社. 北京. 1986.
[4]杜功焕.声学基础.南京大学出版社，2001.
[5]马大猷.噪声与振动控制工程手册.机械工业出版社，2002.
（作者单位：嘉兴职业技术学院）