除濕機降噪工程：風機氣動聲學(xué)設(shè)計與減震材料創(chuàng)新突破

除濕機降噪是一個系統(tǒng)工程，涉及多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。風機氣動聲學(xué)設(shè)計和減震材料創(chuàng)新是其中兩個核心突破口。以下從這兩個方面深入探討降噪工程的創(chuàng)新方向與技術(shù)要點：

風機是除濕機最主要的噪聲源之一，其噪聲主要來源于氣動噪聲（空氣流動產(chǎn)生的噪聲）和機械噪聲（轉(zhuǎn)子不平衡、軸承等）。氣動聲學(xué)設(shè)計的目標是優(yōu)化氣流流動，減少湍流、分離和壓力脈動，從而從源頭上降低噪聲。

葉片氣動外形優(yōu)化：

• 翼型精細化設(shè)計： 采用高性能、低噪聲翼型（如NASA LS、NACA 6系列等），優(yōu)化葉片截面形狀、彎度和厚度分布，減小流動分離和阻力，降低葉片通過頻率噪聲和寬頻噪聲。
• 三維扭曲葉片： 根據(jù)流道內(nèi)氣流速度、壓力分布，對葉片進行三維扭曲設(shè)計，使葉片各截面都處于較佳的攻角狀態(tài)，減少局部流動損失和二次流，改善氣動效率并降低噪聲。
• 葉片尾緣優(yōu)化：
  • 鋸齒尾緣： 模仿貓頭鷹翅膀，在葉片尾緣設(shè)計非光滑鋸齒結(jié)構(gòu)。鋸齒能打碎大尺度渦旋，將其分解為更小尺度、能量更低的渦，有效降低中高頻渦流噪聲（寬頻噪聲）。這是近年來的研究熱點和應(yīng)用趨勢。
  • 掃掠尾緣/彎掠葉片： 改變?nèi)~片尾緣的走向（前掠、后掠、彎扭），可以影響葉尖渦和輪轂渦的強度與相互作用，降低特定頻率的噪聲。
• 葉片前緣優(yōu)化： 優(yōu)化前緣半徑和形狀，減少來流沖擊噪聲，改善進氣條件。

葉輪與蝸殼匹配設(shè)計：

• 蝸殼型線優(yōu)化： 蝸殼的型線設(shè)計對氣流擴散、靜壓恢復(fù)和噪聲產(chǎn)生至關(guān)重要。優(yōu)化蝸舌間隙（間隙大小和形狀）、蝸殼擴張角、蝸殼包角，減少氣流在蝸舌處的沖擊、分離和周期性脈動（離散噪聲的主要來源之一）。采用非等距蝸舌或傾斜蝸舌設(shè)計可打亂噪聲的周期性，降低純音感。
• 葉輪-蝸殼間隙控制： 精確控制葉輪與蝸殼之間的徑向和軸向間隙，過大易產(chǎn)生泄漏渦和二次流，過小易導(dǎo)致摩擦和干涉噪聲。需找到最佳平衡點。
• 擴散器/導(dǎo)流片應(yīng)用： 在蝸殼出口或葉輪下游增加設(shè)計良好的擴散器或?qū)Я髌梢愿巾樀匾龑?dǎo)氣流，降低出口流速和湍流度，減少出口噪聲。

進/出口流道優(yōu)化：

• 進氣整流： 確保氣流均勻、平穩(wěn)地進入葉輪。優(yōu)化進風口形狀，增加導(dǎo)流圈或整流格柵，消除或減弱進氣旋流和畸變，減少進氣噪聲和葉輪負荷不均勻性。
• 出口消聲結(jié)構(gòu)： 在風機出口風道內(nèi)集成消聲器設(shè)計（如擴張室、共振腔、微穿孔板等），針對性地吸收特定頻率（尤其是葉輪通過頻率及其諧波）的噪聲。需平衡消聲效果和風阻。

轉(zhuǎn)速與葉輪直徑優(yōu)化：

• 根據(jù)所需風量和風壓，在滿足性能前提下，盡量選擇較低的轉(zhuǎn)速。風機噪聲功率通常與轉(zhuǎn)速的5-6次方成正比，降速是降噪最有效的手段之一。
• 在轉(zhuǎn)速受限的情況下，可考慮優(yōu)化葉輪直徑，找到效率與噪聲的平衡點。有時增大直徑、降低轉(zhuǎn)速比小直徑高轉(zhuǎn)速更安靜。

計算流體動力學(xué)與氣動聲學(xué)仿真：

• 利用CFD精確模擬風機內(nèi)部復(fù)雜的三維瞬態(tài)流場（湍流強度、壓力脈動、渦結(jié)構(gòu)等）。
• 結(jié)合計算氣動聲學(xué)方法（如FW-H聲類比、LES/DES結(jié)合聲學(xué)求解器），預(yù)測風機噪聲頻譜和指向性，識別主要噪聲源和傳播路徑。
• 仿真驅(qū)動設(shè)計優(yōu)化：通過參數(shù)化建模和優(yōu)化算法（如伴隨法、遺傳算法），自動尋找氣動性能與聲學(xué)性能俱佳的設(shè)計方案。

風機、壓縮機等旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生的振動會通過結(jié)構(gòu)路徑（鈑金、管路、支架等）傳遞到外殼，引起外殼壁板振動并輻射出結(jié)構(gòu)噪聲。減震材料的核心作用是隔離振動傳遞路徑和吸收振動能量。

高性能阻尼材料：

• 寬溫域、高阻尼因子材料： 開發(fā)在除濕機工作溫度范圍（常溫~高溫）內(nèi)均具有高阻尼損耗因子（tanδ）的粘彈性材料（如改性橡膠、聚氨酯、丁基橡膠、丙烯酸酯共聚物等）。高tanδ意味著材料能將更多機械振動能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。
• 約束阻尼結(jié)構(gòu)：
  • 自由阻尼層： 將阻尼材料直接粘貼或噴涂在需要減振的鈑金表面（如外殼內(nèi)壁、隔板）。適用于抑制中高頻振動。
  • 約束阻尼層： 在阻尼層上再覆蓋一層剛度較大的約束層（如薄鋼板、鋁箔）。當基板彎曲變形時，阻尼層受到剪切作用，能更高效地耗散能量，尤其擅長抑制低頻振動。這是目前最有效的薄壁結(jié)構(gòu)減振降噪手段之一。
• 智能/功能梯度阻尼材料： 研究具有感知或自適應(yīng)能力的阻尼材料，或者材料阻尼性能隨厚度/位置梯度變化，以實現(xiàn)更優(yōu)的寬頻減振效果。

高效隔振器件：

• 定制化隔振腳墊/支架： 為風機、壓縮機等主要振源設(shè)計專用的隔振系統(tǒng)。關(guān)鍵參數(shù)包括：
  • 材料選擇： 高阻尼橡膠、硅膠、聚氨酯彈性體等，需兼顧靜態(tài)剛度（支撐性）、動態(tài)剛度（隔振頻率）和阻尼特性。
  • 結(jié)構(gòu)設(shè)計： 采用多層、異形、組合結(jié)構(gòu)（如金屬彈簧+橡膠）來優(yōu)化隔振性能，針對目標隔振頻率（通常低于振源主要激勵頻率的√2倍）進行設(shè)計。
  • 安裝方式： 確保有效解耦，避免“硬連接”形成聲橋。考慮預(yù)壓縮量和長期蠕變性能。
• 主動/半主動隔振系統(tǒng)： 在高端或?qū)o音要求極高的場景，可探索采用傳感器、控制器和作動器組成的主動隔振系統(tǒng)，實時抵消振動。成本較高，但潛力巨大。

新型吸聲材料與結(jié)構(gòu)：

• 多孔吸聲材料：
  • 高流阻、高孔隙率材料： 如三聚氰胺泡沫、聚酯纖維棉、玻璃纖維氈（需封裝防塵防潮）。優(yōu)化其厚度、密度、流阻，以在目標頻率（主要是中高頻氣動噪聲）獲得最大吸聲系數(shù)。
  • 疏水/抗菌處理： 針對除濕機潮濕環(huán)境，材料需進行疏水改性和抗菌處理，防止吸濕失效和滋生細菌。
• 微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)：
  • 在薄板上精確加工亞毫米級微孔，背后設(shè)置一定深度的空腔。通過微孔內(nèi)空氣的粘滯摩擦耗能來吸收特定中頻噪聲。具有無纖維粉塵、易清潔、耐潮濕、防火性好等優(yōu)點，非常適合家電應(yīng)用。設(shè)計關(guān)鍵在于孔徑、穿孔率、板厚和空腔深度的精確匹配。
• 復(fù)合/混合吸聲結(jié)構(gòu)： 結(jié)合多孔材料和MPP，或設(shè)計亥姆霍茲共振腔等，拓寬吸聲頻帶，實現(xiàn)全頻段高效吸聲。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化與解耦設(shè)計：

• 加強筋與模態(tài)優(yōu)化： 對外殼、鈑金件進行結(jié)構(gòu)加強（如合理布置加強筋）和模態(tài)分析優(yōu)化，提高其固有頻率，避免與主要激勵頻率重合發(fā)生共振。
• 柔性連接： 在管路（冷媒管、水管）、線束等與外殼連接處采用柔性接頭、橡膠護套等，阻斷振動傳遞路徑。
• 聲學(xué)包裹/隔聲罩： 在關(guān)鍵噪聲源（如壓縮機）或噪聲輻射面（如部分外殼）使用隔聲罩或局部聲學(xué)包裹（通常由阻尼層+隔聲質(zhì)量層+吸聲層組成），形成“聲學(xué)屏障”。

• 系統(tǒng)性思維： 降噪是系統(tǒng)工程，需將優(yōu)化的風機、創(chuàng)新的減震材料、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、良好的裝配工藝等有機結(jié)合。單獨優(yōu)化某一部分可能效果有限，甚至產(chǎn)生負面影響（如消聲器增加風阻）。
• 傳遞路徑分析： 通過實驗（如TPA）或仿真，明確主要噪聲源的貢獻和主要傳遞路徑，優(yōu)先解決瓶頸問題。
• 整機NVH測試與優(yōu)化： 在半消聲室中進行嚴格的整機噪聲、振動測試（聲功率級、頻譜分析、聲品質(zhì)評估、振動加速度測試等），基于測試結(jié)果迭代優(yōu)化設(shè)計。
• 聲品質(zhì)提升： 除了降低總聲壓級（dBA），還需關(guān)注聲品質(zhì)（如消除純音、降低刺耳感、使聲音更柔和），提升用戶體驗。

除濕機降噪工程的核心在于源頭控制和路徑阻斷：

成功的關(guān)鍵在于深入理解噪聲與振動的產(chǎn)生機理和傳播路徑，采用先進的仿真與測試手段進行精準分析與優(yōu)化，并將創(chuàng)新的氣動設(shè)計、材料技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計進行系統(tǒng)性集成，最終實現(xiàn)除濕機靜音性能的顯著提升，滿足用戶對安靜舒適環(huán)境日益增長的需求。