بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله با استفاده از روش المان محدود که یکی از پر کاربردترین روش های عددی در زمینه مهندسی است و با فرض اینکه فلز مجرای عبور هوا در هود خانگی به صورت ماده الاستیسیته خطی و ایزوتروپیک است، امواج منتشره از هود و نحوه انتشار آن را مورد مطالعه قرار دادیم و به بررسی معادلات آن و شرایط مرزی و منابع صدا و نیز معادلات صفحات نازک پرداختیم.
در این تحقیق از مدل ساده شده هود که شامل بدنه مستطیلی شکل به همراه قاب موتور که فن درون آن قرار می گیرد جهت بررسی استفاده شده است. به وسیله نرم افزار کامسول با تغییر ضخامت ورق اجزاء، تغییر ابعاد قاب موتور، استفاده از فوم های جاذب صدا و تغییر ضخامت آن ها به عنوان پارامترهای اثر گذار در کاهش صوت، موثرترین روش را جهت کاهش صدای عملکرد هود معرفی کردیم.
.1 مقدمه
کنترل ارتعاش و انتقال صوت از سازههای الاستیک موضوع مهم در سیستم های مهندسی میباشد. روشهای فعال و غیرفعال نیز دو روش عمده جهت کنترل صوت میباشد. از روشهای معمول کاهش صدا [1] ، محدود کردن انتقال صدای تولید شده از منابع تولید صوت سازههای بزرگ میباشد. روش دوم، کاهش سطح ارتعاشات و خواص تشعشع سازه است.
زمانی که یک سیال در یک سازه جاری می شود حدود ارتعاشات و فرکانس طبیعی آن تحت تاثیر قرار می گیرد به ویژه در مواردی که یک سازه سبک وزن به وسیله هوا محصور شده باشد مانند بدنه اتوموبیل و هواپیما. حل دقیق مسئله انتشار امواج در هندسه هایی نظیر استوانه، کره، مکعب و... امکان پذیر است اما با توجه به پیچیده شدن شرایط مرزی و پاسخ معادله انتشار موج در هندسه های پیچیدهتر نظیر هندسه هود، با استفاده از مدلسازی المان محدود بعنوان یکی از مدلهای حل مسئله بررسی و نتایج ارایه میشود.
رفتار مواد و سطوح در برابر بازتاب امواج صوتی متفاوت است و به جنس ماده، زبری سطح، پروفیل سطح وعواملی از این دست بستگی دارد. در این تحقیق فرض شده است، امواج آکوستیکی تولید شده در هود، با اشکال پیچیده منتشر نمی شود و با استفاده از نرم افزارهای المان محدود میتوان به پاسخ مناسبی در تحلیل صوت رسید. از مرتبه های بالای کرنش صرف نظر میشود و فلز مجرای عبور هوا را ایزوتروپیک و از جنس استیل ضد زنگ نوع SUS 304 در نظر میگیریم. فلز مجرای عبور هوا نیز به صورت ماده الاستیسیته خطی فرض میشود.
بررسی دقیق رفتار انتشار امواج اولین بار در سال 1876 توسط پاچیمر[2] برای ارتعاشات یک استوانه با مقطع دایرهای و طول بینهایت ارائه شد و روش المان محدود توجه و برتری قابل ملاحظه ای را پس از انتشار مقاله کلاسیک توسط ترنر و همکاران به دست آورد. کورانت[3] و سپس آرجریس تلاش های اولیه را برای بررسی های تئوری این روش انجام دادند.
گالافر ، هافس ، زینکوویچ و محققین دیگر فرایند عمومی تکنیک المان محدود را برای تحلیل های صفحه و پوسته توسعه دادند. در سالهای اخیر مسئله انتقال صدا در پوستههای استوانهای جدارنازک بسیار مورد توجه قرار گرفته است که بر اساس فرضیات کیرشهف-لاو و تئوری دانل میباشد. در مقاله ای که پوریا اولیا زاده[4] و انوشیروان فرشیدیان فر در سال 2015 منتشر کردند، میزان افت صدا با استفاده از تئوری دانل را تخمین زده و اثر استفاده از جاذبهای صوتی در استوانههای دو جداره جدار نازک فولادی، به منظور کاهش صدا، را بررسی کردند.
آنها برای بدست آوردن مقدار دقیق افت صدا در پوستههای استوانهای دو جداره، با حل همزمان ده معادله آکوستیکی و دینامیکی پوستههای استوانهای دو جداره بر اساس تئوری دانل، میزان افت صدا را بدست آوردند. از سه ماده پلی اتیلن با چگالی زیادو پلی اتیلن با چگالی کم و فوم پلی اورتان به عنوان جاذب صوت استفاده کرده و در فضای خالی میان جداره داخلی استوانه و جداره خارجی استوانه قرار دادند ونشان دادندپلی اورتان به دلیل چگالی بالاتر، قدرت جذب صوت بیشتری نسبت به پلی اتیلن دارد.
در مقاله ای که میثم خیری امناب[5] و محمد شیخی منتشر کردند، از پشم شیشه به عنوان ماده عایق حرارت استفاده کرده و با چیدمان تیغه ای و ماتریسی در کانال تهویه هوای مترو، به همراه ایجاد مانع صوت که همان فن است به این نتیجه رسیدند که استفاده از روش چیدمان صداگیرهای ماتریس بهتر و بهینه تر است چرا که هم در کاهش میزان مواد مصرفی و هم در افزایش جذب صوت و نیز کاهش مصرف انرژی اهمیت و تاثیر بیشتری دارد.
یاسر میرزایی[6] و همکارانش درمقاله ای که در سال 2015 منتشر کردند، با استفاده از تئوری الاستیسیته و خطی سه بعدی، محیط آکوستیکی کروی که در آن کره دیگری به صورت همرکز واقع شده است مدل کرده و با در نظر گرفتن شرایط مرزی نیومن به این نتیجه رسیدند که در محیط آکوستیکی کروی با حفره همرکز بعلت تقارن هندسی، در برخی فرکانس های رزونانس، تکرار فرکانسهای رزونانس دیده شده و خارج از مرکز شدن حفره تاثیرات متفاوتی بر فرکانسهای رزونانس دارد که بستگی به پارامترهای هندسی مسئله دارد.
آقای لی[7] و همکاران در سال 2010 مقاله ای در خصوص پیش بینی وکاهش صدای فرکانس عبوری پره های داخلی فن گریز از مرکز یخچال با استفاده از روش های عددی منتشر کردند. آنها منابع تولید صدا را جریان ناپایدار و مانع موجود در مجرا در نظر گرفتند و با مقایسه نتایج حاصل از مشاهدات تجربی و روش های عددی 5 dBA اختلاف میان فشار صوتی به دست آمده و اندازه گیری شده در فن گریز از مرکز بوده و اعلام کردند مطالعات پارامتریک انجام شده اثر انتخاب پارامترهای طراحی پره های داخلی فن گریز از مرکز بر روی صدای فن را نشان می دهد و نیز روش ارایه شده را به عنوان یک ابزار طراحی مورد استفاده برای آنالیز مکانیزم صدای فن معرفی کردند.
آقای هیو[8] و همکاران در سال 2011 با تغییر شکل پره های داخلی فن یخچال به صورت S شکل و شیب دار اثر آن را در کاهش صدای فن بررسی کردند و مشاهده کردند که این تغییر طراحی منجر به کاهش صوت حدود 2.2 db در مقایسه با حالت پره های خطی شیب دار شد. با توجه به گستردگی مسایل ذکر شده، در این مقاله ارایه روش مناسب در راستای کاهش صدای عملکرد هود با تکیه بر نتایج تحلیلی مدلسازی المان محدود صورت میگیرد.
.2 روش و طرح تحقیق
انتشار موج مکانیکی به وجود محیطهای کشسان نیاز دارد و محیطهای کشسان تغییر شکلپذیر هستند و انتشار امواج مکانیکی در آنها باعث تغییر شکل قسمتی از محیط نسبت به زمان قبل از ایجاد موج و ارتعاش آن قسمت حول وضعیت تعادلش میشود. خاصیت کشسانی چنین محیطهایی موجب انتقال موج از قسمتی به قسمت دیگر و در نتیجه انتقال انرژی موج در کل محیط میگردد.
