电子类专业毕业论文吸油烟机风机噪声特性分析毕业设计论文.docx
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电子类专业毕业论文吸油烟机风机噪声特性分析毕业设计论文
本科毕业设计（论文）
论文题目：
吸油烟机风机噪声特性分析
摘要
摘要：
在国民经济稳定发展前提下，居民生活水平不断提高，一直在追求优质的生活品质，对厨房设备的投资也逐渐增加，抽油烟机几乎是现代厨房必备的装备。
然而抽油烟机产生的巨大的噪声给人们的生活带来了很大的影响，从而对抽油烟机也有很高的要求（在效率、质量、价格、体验度等）。
吸油烟机产生的方式很多，风机发出的噪声是主要噪声来源之一。
本文的研究对象是抽油烟机风机的噪声特性分析。
目的是通过了解风机的结构，和空气流动时产生的噪声、噪声形成的方式以及噪声形成的类型、采用频谱分析等理论知。
论文采用的方法主要是软件（MATLAB）仿真、数据计算进行处理。
关键词：
吸油烟机；吸油烟机风机；实验分析；吸油烟机效率；吸油烟机噪声；吸油烟机结构
Abstract
Abstract:
Underthepremiseofstabledevelopmentofnationaleconomy,thelivingstandardoftheresidentshasbeenimprovedcontinuously,andthequalityoflifehasbeenpursued.Theinvestmentinkitchenequipmenthasbeengraduallyincreased.Therangehoodisalmostnecessaryformodernkitchen.However,thehugenoisegeneratedbytherangehoodhasagreatimpactonpeople'slives,andthushasahighdemandforrangehoods（efficiency,quality,price,experience,etc.）.Therearemanywaystoproducearangehood,andthenoiseemittedbythefanisoneofthemainsourcesofnoise.Theobjectofthispaperistheanalysisofthenoisecharacteristicsoftherangehoodfan.Thepurposeistounderstandthestructureofthefan,andtheairflowgeneratednoise,noiseandtheformationofthetypeofnoise,theuseofspectrumanalysisandothertheoreticalknowledge.Themethodusedinthepaperismainlysoftware（MATLAB）simulation,dataprocessingtodealwith.
Keywords：
Rangehood;Rangehoodfan;Experimentalanalysis;Rangehoodefficiency;Rangehoodnoise;Rangehoodstructure
第1章绪论
1.1背景
为了解决在做饭，做菜时锅中产生的油烟在厨房到处乱串不能排除室外的问题，聪明的人类发明了吸油烟机这一工具来排除油烟。
人们在做饭时通过使用吸油烟机排出油烟，油烟在向外界排放的这个过程中产生的烟雾就会与房间内的其他气体混合在一起，这些气体都是可以通过人的呼吸道吸入体内的，因此这些有害气体就有可能进入人的体内对人的身体机能造成极大的伤害。
油烟在排出室外时这样的有害气体的含量就会跟着降低，从而吸油烟机也成了人们提高生活质量和保证身体健康的重要设备。
在当今技术与经济飞速发展的基础下，在吸油烟机这一行业有非常大的竞争力，中国本土吸油烟机品牌与国外吸油烟机品牌展开了较量。
中国本土的方太抽油烟机很受欢迎已经超越其他品牌。
自从方太进入了厨房家电这个行业，它们就从实际行动上给国内的其他商家带了一个好头。
它们做出的吸油烟机是从本质上去解决了人们的生活问题，然而想要在众多的人民群众中树立起为人民的高端的品牌，方太还是面临着巨大的压力，首先就要有过硬的产品质量和不断创新的产品品质。
关于油烟机创新，方太坚持从吸油烟机的本质出发，着重放在消费者当前的需求。
比如说吸油烟机排烟的效率高，发出的噪音要低，同时清洗要非常的方便。
为此，方太对油烟机的开发目标做了重大调整，从传统的只用解决油烟顺利的从室内到室外的目标到以不仅仅在效率上要达到最高还要在人民的生活体验上感到舒适的目标。
从中国第一台自主设计的深型吸油烟机，到全球第一款欧近跨界油烟机“智能星魔方”，方太不断带给用户创新的好产品。
吸油烟机碎岩品牌都有着不同，但是吸油烟机在市场上占据的位置却没有太大的差距，而且受到人们的关注度也没有太大的差距。
目前吸油烟机在人们的关注中都关注的是不同的方面，但是吸油烟机的效率是人们首要关注的问题，首先吸油烟机的洗礼要很强，吸油烟机发出的噪声要很小。
人们关注的这些方面比关注怎么容易清洗，怎节能环保、怎么方便远远要高很多。
1.2课题的目的和意义
厨房中的大量油烟是油和水这二者的混合物。
当食物和油加热时就会发生分解，并且当温度很高的时候它们的分解速度就会加快，当分解出来的这些东西在高温下就会挥发产生大量的油烟，这个油烟的组成非常的复杂而且还有很大的危害，其中包括很多有害物，这些有害物中有很多会对人造成毒害、使身体机能降低、产生的物质中还有些是要遗传他的毒性更可怕的是这些物质中的一些物质还存在潜在致癌性。
这些有害物不仅仅会影响生活，还会伤害健康和生活的环境。
1.3国内外现状研究
吸油烟机中的声音是马达在工作的时候产生的，包含空气在风机中流动时产生的噪声、叶片旋转与蜗壳之间的机械噪声、让风机工作的电机噪声和这些声音混杂在一起产生共鸣的噪声。
吸油烟机的风机作为吸油烟机的重要组成部分之一，是吸油烟机能吸出油烟的主要工作部件，风机主要是由电机，叶片和外壳组成。
他的这些组成部件也是吸油烟机产生噪声的主要来源，可同通过风机的结构分析来改变噪声的大小。
现在对噪声的探索一般从几个方面入手，首先是对风机和吸油烟机的基本构造，我们就能够得出合理的结构设计和与叶片的合理匹配是降低噪声的有效途径。
然后是对吸油烟机风机内的空气的运动的状况进行探究，使从轮盘侧到轮盖侧蜗舌间隙和蜗舌之间的距离逐渐增大，减小了轮盖之间相互作用；最后是通过消音结构或采用消音材料来降低噪音。
1.4本文主要研究内容
本论文需要解决的问题如下：
（1）查看吸油烟机的结构和风机的样式找到产生或影响噪声的组件，测量风机周围的振动加速度的值,通过测定频谱分析,识别首要的振动和噪声源。
（2）吸油烟机振动和噪声测试探究
（3）噪声频谱分析与仿真
（4）降低吸油烟机噪声的措施
1.5可行性分析
对于吸油烟机这种不方便在接近表面位置测量的物体，采用基于波束形成的噪声源识别方法。
能够用宽频内的噪声源区别和声场在建，而且还可以通过动静显示辨别结果。
即使波速的出现方法是在频率宽度的限制下，但是波速还是有一个很平稳的过程，并且能够在保持很好的效率下来保持型男，并且这样运算花费的功夫还很小。
这种技术在很多领域中都已经运用了进来，如：
在信息、工业、服务等领域中，这个技术是通过传感器的一些特性来进行测试，通过对最后的测试结果分析就可以找出声音的分布位置。
采用MATLAB仿真软件。
使用信号处理中的实验工具箱来实现信号的处理：
频谱分析、频谱变换等。
而且实验工具箱还可提供图视觉效果很好的图形界面,能够一一完成很多相关的功能。
使用MATLAB软件来模仿产2个噪声源，传声器收到的是相互相加后的噪音，使用由很多传声器阵组成的阵列和CBF算法将两个噪声源分离开来，从而达到还原噪声源，最后通过MATLAB软件对噪声源的产生的噪声的频谱特性进行分析，根据这个分析的结果判断出噪声特性。
第2章吸油烟机的噪声
2.1机械噪声的形成
吸油烟机风机的外壳和发动机以及一些机械零件发生振动是吸油烟机产生噪声的绝大多数的方式，风机的外部组件和产生动力的结构拥有一定的规定的频率，并且还拥有一定的两个振幅的比值，当油烟机的外部的组件和动力输出装置的组成成分在外界空气流动产生相互作用的作用下，如果在单位时间内产生的频率接近物体自己拥有的频率，并与之一致时，这时振动就会达到最强，振动的频率就会增加。
这些频率上的噪声便会加强，提高噪声声音强度。
吸油烟机振动的主要原因有：
（1）风机中的叶片在转动时会在不同的方向产生不同的力，这样就产生了连续性的振动，这种方式的振动产生的频率的大小和风机中的叶片在转动时形成的频率的大小。
如果能够降低风机中的叶片运动是产生大小不一样的力，特别是叶片在做非常快的运动的运动时，这样就可以降低风机在快速运动时发出的噪声。
（2）与叶片的基本频率存在联系的且根据吸油烟机的外部包装产生的运动的流来确认循环的作用大小不相同的力的影响，如果吸油烟机受到的力越大，我们就应该更加的关注他。
（3）通常出现在大型离心风机中的轴承的影响。
机械噪声：
是因为固态的主键或者液态或气态物体它们在运动时会相互作用会产生在一定的作用范围内的作用力，这些产生的力有一部分是随机出现的有一部分是一起出现的,使这种形成的声音和外壳和发动装置产生的噪声，这几种方式的噪声相互叠加后的声音就是吸油烟机通过固态组件的主要的方式。
械性噪声是由固体不停地做周期性的运动产生的。
在相互接触、互相感应、和一些磁场力的作用下吸油烟机不组件发生反反复复的运动发出的噪声。
机械噪声分为以下几类：
（1）组件振动的噪声：
组成部件的各个位置在这个位置上的方向上做反反复复的来回运动产生的噪声。
（2）零件之间相互作用的噪声：
各个零件之间相互接触产生的力敲击发出的噪声。
如轴承滚动、皮带运动、齿轮转动、机械零件与空气流动接触时等。
接触点表现为高频,其频谱为随机宽带。
（3）各个组件之间相互传输的力不相同产生的噪声。
就像皮带传送时有物体的地方与没有物体的的房受的是不同的。
回转基频是：
f=n/60（n为转速r/min）
电磁噪声是不断改变的磁场对周围各个部件的作用而形成的噪声。
例如,动力驱动核心部件因不断变化的磁场它身旁的组件产生力的作用从而引起零件的摆动产生噪声。
2.2空气动力噪声的形成
空气动力性噪声是气体流动和其他物体在空气中飘动,使声空气的稳定性降低，这样气体就会不停地运动产生噪声。
这样的噪声从数字上来说是非常大的,影响范围广,空气运动产生的噪声在硬件上主要表现为以下四点:
（1）风机叶片转动的噪声主要体现在做周期旋转时和所形成的涡流产生的噪声。
风机的叶片反复不断的敲打空气中的气体和其他物体,使气体之间形成相互的作用产生噪声,叫做旋转噪声。
频率为:
f=（（n*z）/60）*i（n--叶片转速；z--叶片数；i--谐波信号）
（2）风扇在转动时与他接近的空气密度就会降低，这样会使风扇两边的气压不一致，在大气压的作用下气流就会快速流动形成涡流从而发出噪声,称涡流噪声。
频率为:
F=S*（u/d）*i;（u--气流速度m/s；气流受阻时阻碍物的长度m；S--特斯劳哈尔数）；
（3）风机气动噪声
第一，气动噪声的频率和大小在不断改变的时候是无规律的，而且风扇高速转动发出的声音就是一种噪声。
第二，噪声是种声波，它具备声波的全部特征。
吸油烟机在没有外界干扰的情况下工作时所产生的噪声主要包括空气气动噪声、机械噪声和摩擦噪声，这些噪声中第一个噪声影响最大形成的方式也是最难研究的。
形成空气气动噪声的原因：
（1）因为风机的叶片设计与空气的接触面太多从而在触控产生外界干扰噪声。
（2）由于空气在风机中通过的时候、与叶片中心和前后之间形成接触，空气就会到处乱串使受到的作用力的大小的变化从而出现噪声。
（3）每次空气没有规律的向风机的叶片流去时，这种不规则的运动会使气体排放的效率变低使这些气体在出口处拥挤，因此也引起了大量气体相互碰撞，引起受到的让气体排向外界的这个作用力发生大小不一的变化形成的噪声。
2.3影响吸油烟机噪声的因素
2.3.1风量对吸油烟机噪声的影响
吸油烟机中风机产生风量的多少来控制油烟向外界的排放效率，是房间中的空气达到一个很好的标准。
风量对噪声的影响也有着很大的影响，虽然当风量很大时，吸油烟机排放油烟的效率会大大提高，但是产生的噪声也越高，风量很小时排放油烟的效率会降低，但是产生的噪声也越低。
所以吸油烟机的风量是影响吸油烟机效率与噪声的重要指标。
2.3.2吸油烟机自身结构对噪声的影响
吸油烟机不规则的外壳阻挡了油烟排放的效率，风机中的蜗壳、叶片、蜗舌的结构都会阻碍油烟的排放效率，要提高油烟的排放效率就会间接影响产生的噪声，风机的转速就会增高从而产生的噪声也会越高。
2.4吸油烟机噪声的危害
吸油烟机运转时，电机转动带动风机转动，额定转速在一定范围内，风机组成的系统与人耳的距离为非常的近。
当吸油烟机的风机在正常工作时会产生大量的噪声，这种噪声对于人体的影响不仅是当人听到这个噪声时表现出来的烦躁。
更重要的是，高分贝的噪声对于人体的健康可产生一定危害，会造成免疫系统的下降，和对听觉产生巨大的影响还有可能影响人的心情，这样就可能出现一些极端的不可描述的事件。
听力系统损害：
人耳长时间暴露在连续性的噪声之下会使听力严重下降。
有统计数据伊始，全球范围内接近几万例失聪病例都和噪声有关。
房间中的噪声对幼儿的影响非常大，会使正在发育的小孩子产生基因变异，如果长时间在噪声特别大房间内活动，人的耳朵就会听不见而且还会疼痛，还有这种由噪声让人的听力出现下降，只要出现这种情况根据当代医学的发展来看是不可能恢复的。
神经系统机能损害：
噪声对人体神经系统机能有严重影响。
如果长时间在这样的噪声很高的环境中生活，会使人的大脑产生一些机理反应，大脑的神经也会被影响。
人体就会产生各种反应，像莫名的兴奋，发生心慌，心里不舒服、容易生气、记忆快速减退等症状；同时也会出现诸如头痛、耳鸣、失眠、无食欲、全身各处肌肉受损和肌肉疲乏无力等症状。
2.5噪声的物理度量
为了能够直观的表达噪声的强度及强度变化，一般将噪声从数值上来表达噪声的强度，这样就可以很明确的分辨出噪声的强度。
2.5.1声压与声压级
从细小的角度上来说，声音在传播的过程中会遇到大小不一的传递媒介，如：
空气、水、和固态物质。
噪声在不同的介质中传播时，在风机的四周存在很多的介质。
它们都是在同一个方向上不断地做着往复运动，而且振动方式相同的介子会传递到下一个振动状态相同的介质。
普遍来讲，介质这样传递下去就可以看成一个有规律的运动在有些地方密度很高在有些地方的密度很低，但是这样的规律都是周期性的因此有一定的规律。
这样的运动会引起空气中的压强发生变化，因此，可以通过各个点的压强的大小来体现噪声的大小，这就是常常说的声压。
用声音的大小我们可以通过改变声压的大小来表现噪声的大小。
声压能够用声级计来测量从而直接看出结果，声压能够在很宽的范围间发生变化，这样人听见的声音和能够感觉到的声音和能够影响人听力的声音从数学的角度来说有很大的差距，如果要记录这个数值是不可能是实现的事情，就算是几率下来能够执行的也是很有难度的，所以这对计算研究工作带来很大的不便。
对声压的大小比较，能够将在有个范围内的声音归为同一个类，这样就有利于做实验和分析实验。
这种音量计量方法叫做声压级：
其中p为声压级，取人耳恰能接收到的声压；为一个基准，单位Pa。
2.5.2声音功率与声功率级别
在当前能量变化成另一种能量中，风机发出声音是产生声音的组件消耗了一些机械能从而形成了噪声。
风机工作所需要的能量越多时，产生的声音包含的能量也越多所以形成的噪声就越大。
这样就可以用声音在单位时间中消耗的总的能量的大小来判断声音的强度，功率W，单位W，其表达式如下：
其中，S为声波福射的面积，单位为
p为声源振动时附近环境中的介质平均密度，单位kg/
;c为声波在该介质中传播的速度，单位m/s。
第3章吸油烟机风机噪声模拟仿真
3.1吸油烟机风机的模拟
3.1.1物理模型的简化假设
空气在吸油烟机的风机内部中的流动实际上是一个不平衡的过程，需要在自己了解的条件下能够真实的反应这个过程，作出一些假设：
（1）因为吸油烟的机风机中所受到的压力很小这个压力对噪声没有特别的影响，所以在模拟时要忽略分布不均匀对噪声的影响，假定气体的运动是一个不会发生改变的流动，可以将气体的物理性质看成一个不会改变的值；
（2）将风机的进口和出口处的结构简单的看作是没有什么组件阻挡
（3）假设气流运动时没有热量的交换。
通过对噪声的测量以及噪声的频谱仿真分析，来确定吸油烟机风机噪声的主要来源，将吸油烟机风机作为主要探究对象，并对风机进行数值模拟，风机的实物模型如图4.1，它由集流器、叶轮、蜗壳组成，假设出来的风机如图4.2所示，吸油烟机风机运用的风扇的叶片是前向式叶轮，他的叶片是圆弧状的，叶片数为60，风机组件如图4.3所示。
表4.1为该多翼离心风机的主要结构参数。
表4.1风机主要结构参数
名称
符号
尺寸（mm）
叶轮内径
d1
202
叶轮外径
d2
240
叶片数
Z
60
叶轮宽度
b1
125
蜗壳宽度
b2
158
叶片进口安装角
90
叶片出口安装角
152
3.2仿真条件假设
（1）球面波假设
在生活中发出噪声的在外观上都有很大的不同，例如动物、汽车、舰艇、人和机器群等噪声源，如果要想从数值的角度去分析和解决这些形状大小都不很好的去量化的物体产生的声音都是很困难的。
在一般来说，为了使运算方式更加简单，往往将其理想化。
在理想的状况下可以将这些声源看作规则的图形等理想化的声源。
（2）点声源假设
通过声源模型已经知道：
不管是什么形状的声源，只要他的大小远远小于波长，另外一种情况是他的频率太低可以忽略，具备这种形态的声源都可以把它当成点声源，
点声源是处理实验最好的方式。
（3）单频简谐声源假设
在研究声源时我们不应考虑声源中太多的振动，只用考虑其中的一种振动方式，这样的声源被我们理想化一个稳定的便于分析的声源。
这样假设的原因是声音在传播的过程中有很多的声音在随时间不同的变化；声音在介质中振动时都可以将它看作很多个方向上的运动。
根据力学关系这些不同方向上的波可以合成在另一个方向上的波，所以我们只需要了解单一的波动就可以去找到发出噪声的声源，同时还可以去分析噪声声波的振动情况。
（4）假设声波为小振幅波，媒质没有粘滞。
3.3吸油烟机风机不同轮径比的流动分析
3.3.1轮径结构
风机叶轮的主要组成是叶片，叶片与进口处形成的角度和叶片与出口处形成的角度还有叶片的数量以及叶片的尺寸，都是影响风机风量的因素，轮径的结构可以影响风量也可以影响吸油烟机抽出油烟的效率。
轮径分为内径和外径，内径是距离叶片很近的边的那一个圆，外径是距离外壳近的那一个圆的半径。
内径又叫进口内径外径又叫出口外径，d1是内直径d2是外直径，我们是在不改变别的物理参数的条件下，把叶轮的半径的比值来作为判断依据，判断风机内部气流的流动情况，并且计算出这个比值的不同油烟排放出的效率值，通过这个效率值我们能够优化轮径大小来提高效率降低噪声。
这个出口的直径d2通过吸油烟机的排除油烟的效率来确定的，大小是固定不变的
我们通过改变进口的大小d1来使效率值的变化。
轮径比为0.82、0.84、0.86、0.88的叶轮如图所示。
运用流体计算动力学方法为提高吸油烟机的效率对叶轮大小进行改进的过程中，一般通过观察吸油烟的效率参数风机中的这个轮径设计是否合理。
风机的效率表达式为：
P为风机全压，单位Pa；Q是流量，单位为m3/h；N是风机轴功率，单位W。
3.3.2不同轮径比模拟结果分析
表5.1不同轮径比风机模拟结果
轮径比
入口总压（Pa）
出口总压（Pa）
风机全压（Pa）
流量（m3/s）
风机全压效率（%）
0.82
0.444
182.980
182.536
0.227068
20.725
0.84
0.002
200.850
200.848
0.223359
22.431
0.86
0.090
177.061
176.977
0.222268
19.668
0.88
0.011
177.413
177.401
0.217525
19.295
在轮径比为0.82、0.84、0.86、0.88时的风机的风机全压、流量，全压效率的模拟结果如上表所。
对照着表中的数据找出对应的折线图中的效率值，观察表中的数据能够得出比值为0.82增加到0.88这两个电上的流量几乎是没有什么差别，有差别都是微小的可以忽略不计，但是也存在一点点降低的趋势。
在0.84这个点上风机受到的压力是非常大的；通过表中的数据中的轮径比值和对应个点的效率值可以分析得出比值在0.82增加到0.84时，风机所受到的压力是在增加的。
在0.84左右出现了最大值，轮径比从0.84到0.88的这之间逐渐减小，且轮径比为0.84时的全压效率为22.4%。
从表中的数据可以发现这个比值等于0.88的时候这个效率值为19.3%，0.84这个点与0.88的这个点作比较它们的效率值增大了16%。
通过这个就可以分析出风机的最佳轮径比为0.84，只有在接近0.84时效率才是最高的。
第4章吸油烟机振动测试
4.1振动测试的目的及用途
在目前的技术范围来说振动测试在实验和实际工业中都是不可缺少的，这种测试技术能够将实际的物体理想化并且很直观的了解或解决问题。
测试目的为：
（1）振动（动态优化）设计；
（2）确定振动参数；
（3）验证和完善理论模型；
（4）用于故障的检查、控制及判断。
振动测试在工程实际中的工作主要有：
（1）勘测物体在目前运动的这个状态的速度、位移、最大位移、并计算出有效值、和平均值。
探测这个状态下的运动频率并且他拥有哪些能量，和这些能量的分布位置以及与个位置的相位的之间的联系。
（2）分析组成部件或部件动态特性。
4.2工程中振动测试的内容
振动测量内容分为以下三点：
（1）参数的测量。
这些参数是物体在振动的过程中具备的物理量度，物体在做这样的来回运动时会产生加速度、作用力、还有达到的最高点和最低点。
（2）测量这个振动的物体具有的特性。
这些特性一般是不能够直接观察出来的，有些能够看出来，但是有些却需要通过之前的数据进行计算来判断他所具备的动态特性。
（3）探测在规定的振动下所受到的力的大小。
对这些发生振动的组件在规定他的运动方式或者规定他的一些参数的情况下，也就是在保持一些物理量不发生变化改变其他的参数来进行测量。
4.3传感器的选择原则
（1）传感器的作用
一般传感器是用来将一些不能够观察的信息转化成其他能够用肉眼观察的信号，在实际的实验中测量物体的振动状态是需要将它转化成波形的形式在淑波器上进行观察。
这样就可以很直观的看出物体的速度、周期、位移；传感器是将物体的物理性质进行了
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