La natura del rumore del vento: una sinfonia di aerodinamica e vibrazione meccanica
Rumore del vento da motori della ventola di aria condizionata è una delle fonti di rumore più significative durante il funzionamento del sistema di condizionamento dell'aria. Non è semplicemente "rumore del vento", ma piuttosto un rumore complesso generato dalla complessa interazione di aerodinamica e vibrazioni meccaniche. Dal punto di vista tecnico, il rumore del vento può essere definito come le onde sonore generate dalla rotazione ad alta velocità della girante della ventola, che interagisce con l'aria, causando instabilità del flusso d'aria, turbolenza, vortici e fluttuazioni di pressione. Questo rumore è in genere a banda larga, il che significa che l'energia è distribuita in un ampio intervallo di frequenza, ma i picchi si verificano a frequenze specifiche (come la frequenza di passaggio della lama e le sue armoniche).
Fonti di rumore del vento: quattro principali meccanismi di generazione
1. Rumore di frequenza del passaggio della lama:
Questo è il componente più rappresentativo del rumore del vento. Quando le lame della ventola ruotano ad alta velocità, "tagliando" periodicamente attraverso l'aria o le strutture fisse (come la staffa del motore e la lingua voluta), generano pulsazioni periodiche del flusso d'aria. Questa pulsazione genera un rumore di frequenza specifico, noto come frequenza di passaggio della lama (BPF). La formula di calcolo è: BPF = numero di pale × velocità di rotazione (RPM). Ad esempio, una ventola con sette lame e una velocità di rotazione di 1200 giri/min ha un BPF di 7 × (1200/60) = 140 Hz. A causa della diversa sensibilità alle frequenze specifiche, i BPF nella gamma 1-4 kHz possono essere particolarmente irritanti.
2. Rumore di spargimento di vortice:
Quando l'aria scorre su superfici irregolari come lame a ventole, staffe e Volutes, si formano vortici instabili. Quando questi vortici si staccano dalla superficie, generano fluttuazioni di pressione casuali, creando un rumore non periodico a banda larga. Il rumore del vortice si manifesta spesso come un suono sibilante o ronzio. Potrebbe non essere evidente a basse velocità del vento, ma aumenta significativamente a velocità del vento più elevate. Il controllo di questo rumore richiede l'ottimizzazione della progettazione del percorso del flusso d'aria per ridurre le superfici di trascinamento non necessarie e giri taglienti.
3. Rumore di turbolenza:
La rotazione della girante della ventola crea un flusso d'aria altamente turbolento. La turbulenza stessa è un movimento fluido casuale e disordinato contenente vortici di dimensioni variabili. Il movimento casuale e l'interazione di questi vortici generano anche rumore a banda larga. Il rumore della turbolenza è proporzionale alla sesta potenza della velocità del vento, il che significa che per ogni raddoppio della velocità del vento, il livello di pressione sonora del rumore di turbolenza aumenta di quasi 18 decibel. Questo è il motivo principale per cui i condizionatori d'aria subiscono un forte aumento del rumore in modalità "potenza".
4. Rumore di risonanza:
La risonanza si verifica quando la frequenza naturale delle lame della ventola, la voluta o l'intera struttura del condizionatore d'aria è vicina alla frequenza di rumore generata dalla ventola (come il BPF). La risonanza fa aumentare drasticamente l'ampiezza delle vibrazioni, amplificando il rumore di vibrazione originariamente sottile in un suono forte. Questo rumore si manifesta spesso come un suono "ronzante" o "ruggente", a volte accompagnato da vibrazioni percepibili. Il controllo del rumore di risonanza richiede l'ottimizzazione dei materiali strutturali, l'aggiunta di materiali di smorzamento o la modifica della progettazione strutturale per spostare la frequenza di risonanza.
Strategie di controllo del rumore del vento: ottimizzazione completa dalla progettazione all'altra
Per ridurre efficacemente il rumore del vento nei motori a ventole climatizzati, l'industria ha adottato una varietà di misure tecniche, che sono integrate durante l'intero processo di progettazione, produzione e installazione del prodotto.
1. Ottimizzazione della girante e del design aerodinamico:
Questa è la chiave per affrontare fondamentalmente il rumore del vento. Attraverso simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD), gli ingegneri possono ottimizzare la forma della lama, la curvatura, l'angolo di pitch e lo spessore per ridurre la separazione del flusso d'aria e la turbolenza, riducendo così il rumore del vortice. Inoltre, l'uso di una spaziatura o una lunghezza della lama ineguale può effettivamente interrompere le armoniche della ventola del ventilatore (BPF), disperdendo la sua energia e riducendo la nitidezza del rumore.
2. Ottimizzazione della struttura del condotto voluta e dell'aria:
Il design voluta è cruciale per il suo impatto sul rumore del vento. L'ottimizzazione della spaziatura tra la lingua voluta e la girante può ridurre le pulsazioni del flusso d'aria durante il taglio della lama. Una parete interna aerodinamica e il design del condotto dell'aria può ridurre la resistenza al flusso d'aria, la turbolenza e i vortici, riducendo così il rumore. Alcuni condizionatori d'aria di fascia alta impiegano persino la presa d'aria bidirezionale o i progetti di condotti multistrato per ottenere un flusso d'aria più fluido.
3. Materiali e tecnologie di vibrazione e riduzione del rumore:
L'uso di materiali compositi polimerici o materiali che assorbono il suono per produrre la voluta e il dotto assorbe e attenuano le onde sonore. L'uso di cuscinetti elastici di smorzamento delle vibrazioni o adesivo smorzante alla connessione tra il motore della ventola e l'involucro del condizionatore d'aria può isolare la vibrazione del motore, impedendo che venga trasmesso attraverso la struttura al pannello del condizionatore d'aria, riducendo così il rumore della struttura.
4. Tecnologia di controllo del motore:
L'uso di frequenza variabile e tecnologie DC Brushless (BLDC) è una tendenza nei moderni motori della ventola del condizionatore d'aria. Poiché i motori BLDC mancano di pennelli, funzionano in modo più fluido e silenzioso e la loro velocità può essere regolata con precisione e continua da un controller di frequenza variabile. Ciò consente al condizionatore d'aria di regolare la velocità dell'aria in base alle esigenze effettive. A basse velocità, i livelli di rumore possono essere significativamente ridotti, migliorando efficacemente il comfort degli utenti.
Misurazione e valutazione del rumore del vento
Professionalmente, le misurazioni del rumore del vento sono in genere condotte in una camera anecoica per garantire che i risultati della misurazione non siano influenzati dal rumore esterno. Le metriche di misurazione chiave includono:
Livello di pressione sonora (DB): questo riflette il volume del rumore. Il livello di pressione sonora (DBA) con ponderazione A è in genere utilizzato perché ricorda più da vicino la percezione del volume dell'orecchio umano.
Livello di potenza del suono (DB): questo riflette l'energia del rumore della fonte stessa. È indipendente dall'ambiente di test ed è la metrica fondamentale per la valutazione delle prestazioni acustiche di un prodotto.
Analisi spettrale: analizzando la distribuzione del rumore tra diverse frequenze, è possibile identificare i livelli di rumore di picco, come le frequenze di taglio della lama, fornendo una base per la successiva progettazione di riduzione del rumore. $
