عوامل مختلفی در منابع تولید ارتعاش و صدا در سامانه های تهویه وجود دارند. عمده ارتعاش در هواکش ها ناشی از چرخش نامتعادل است. در هنگام ساخت، هواکش ها به منظور رفع عدم تعادل، چرخ دوار (پروانه) و محورش را بر روی یاتاقان هایی کاملا آزاد قرار می دهند و با افزودن جرم به قسمت های مناسب از پروانه عدم تعادل استاتیکی آن را از بین می برند. اما عدم تعادل دینامیکی نیز موجود است که آن به علت عدم توزیع مناسب جرم در شعاع پروانه است و دستیابی به تعادل دینامیکی معادل دستیابی به تعادل استاتیکی خواهد بود.
همچنین جریان هوا در کانال ها و مجرای انتقال نظیر زانوها و مدخل ورودی و خروجی بر اثر عوامل آیرودینامیکی دچار اغتشاش می شود و این اغتشاش خود باعث ایجاد ارتعاش در سامانه می گردد.
لذا تولید صدا در سامانه تهویه به دو قسمت تقسیم می گردد (منابع تولید ارتعاش و صدا در سامانه های تهویه) :
1 . صدای ناشی از نیروهای آیرودینامیکی
این صداها از پدیده های آیرودینامیکی ناشی می شوند و در اصل ضربه و برخورد اجزای دوار یا ثابت سامانه با هوا می باشد. در ابتدا، این نیروها به طور مختصر تعریف می شوند.
یک مقطع ایرفول (حتی یک صفحه) به عرض W و طول L و ضخامت t که با سرعت V در هوا حرکت می کند را در نظر بگیرید (شکل 2) ، هوا از سطوح بالا و پایین صفحه عبور می کند. مولکول های هوا که در تماس مستقیم با سطح هستند به آن می چسبند و لذا سرعت این اجزا صفر است. به همین روش در لایه های بعدی مولکول هایی که روی اولین مولکول می لغزند سرعت خویش را از دست می دهند. از سطح صفحه که سرعت مولکول های آن صفر است هرچه به طرف بالا می رویم سرعت ذرات سیال افزایش می یابد تا به سرعت سیال محیط سطح برسد.
قسمتی از سیال که در روی سطح با سرعت کم حرکت می کند لایه ای به نام لایه مرزی تشکیل می دهد. این لایه اثرات زیادی در دینامیک سیالات دارد. اثرات گردابه ای (ورتکس) در پایین دست جریان به خاطر همین لایه مرزی است.
حال همان سطح را در نظر بگیرید که با زاویه α در سیال حرکت می کند. اثرات آیرودینامیکی باعث ایجاد Vortex شدیدتری می شود که در شکل (3) نمایش داده شده است. اثرات یاد شده برای یک کره یا یک استوانه نیز صادق می باشند که در شکل (4) نمایش داده شده است.
منبع تولید صدا در هواکش ها ناشی از موارد زیر است:
1 . صدا در مجرای عبور هوا در اثر محدود بودن ضخامت پره ها (مابین دو پره).
2 . صدای ناشی از اعمال نیرو بر هوا توسط پره های هواکش.
3 . صدای چرخشی ناشی از عبور پره ها از مجاورت هر نقطه سرعت ثابت که موجب تولید صدا در بسامد عبور پره (تعداد پره چرخش) می شود.
4 . صدای جریان گردابی ناشی از جدایی جریان.
5 . صدای اثرات اغتشاش جریان هوا ناشی از تولید تنش های برشی.
6 . صدای اثرات ناشی از ایجاد تداخل بر اثر تماس مناطق کم فشار مغشوش با موانع و پره های هادی.
هواکش ها کلا در هنگام کار در بازده استاتیک حداکثر، کمترین صدا را تولید می کنند. همچنین برخلاف آنچه که معمولا تصور می شود به ازا یک وظیفه معین (شرایط یکسان) هواکشی از حداقل صدا برخوردار است که دارای بیشترین بازد ه استاتیک باشد نه اینکه لزوما دارای اندازه بزرگ و یا کمترین سرعت باشد.
چنانچه دمنده ها در یک جریان ثابت و یکنواخت (جریان آرام) یک سیال قرار گیرند، تراز صوتی کمتری تولید می نمایند. هنگامی که یک دمنده جریان هوا را آشفته می کند باعث ایجاد سروصدا (صدای) مزاحم می گردد.
لذا در هنگام طراحی محل نصب باید توجه شود که هوای ورودی به دمنده تا حد ممکن آرام باشد. زیرا هوای آرام ورودی به دمنده پس از خروج، آشفتگی کمتری خواهد داشت، لذا سروصدا کمتری نیز خواهد داشت.
حال به شکل 6 توجه کنید: دمنده A در نزدیکی دریچه کنترل نصب شده و هوای عبوری از دریچه آشفته است. لذا بر عملکرد دمنده تاثیر می گذارد و دمنده B نیز در نزدیک یک زانوی 90 درجه نصب شده و باز آشفتگی ناشی از زانو بر صدای دمنده اثر منفی می گذارد. اما در حالت A′ و B′ جریان هوای آرام وارد دمنده می شود.
2 . صدای ناشی از مجرای انتقال هوا
اصولا ارتعاش و اصوات تولیدی توسط سامانه انتقال هوا (کانال ها) ناشی از برخورد ذرات سیال با قسمت های مختلف مجرای است. (شکل A) یک استوانه (کره) را که در معرض جریان هوا قرار گرفته نشان می دهد. پس از برخورد هوا به استوانه و عبور از آن، در اثر نیروهای آیرودینامیکی، پدیده ای به نام جدایی لایه مرزی رخ می دهد که اثر آن تشکیل گردابه هایی در پشت استوانه است. سرعت تشکیل و جدایی گردابه ها وابسته به سرعت جریان و قطر استوانه است.
حال اگر بسامد جدایی این گردابه ها با بسامد (تواتر) طبیعی استوانه یکی گردد، باعث ایجاد پدیده تشدید می شود و اثر مستقیم آن تولید ارتعاش و صدا است. برای پیشگیری از اثر یاد شده می توان مطابق (شکل B) با ایجاد یک آشفتگی مصنوعی تولید گردابه را به تعویق انداخت و یا مانند شکل (C) با اضافه کردن یک دنباله (خط جریانی کردن) این مهم را به انجام رساند.
برای مثال، اثر یاد شده سبب ایجاد صدا در اطراف یک دودکش مرتفع می شود و برای جلوگیری از آن یک ورق فلزی به صورت مارپیچ روی دودکش نصب می کنند. البته این صفحه نباید در تمام طول خود به دودکش وصل باشد بلکه چند نقطه کفایت می کند (شکل 8).
هنگامیکه جریان یک سیال (هوا) با جریان یک سیال دیگر که ایستا می باشد مخلوط شود، ممکن است سبب ایجاد سروصدا گردد. مخصوصا اگر قبل از خروج سیال از کانال جریان آشفته شود. این حالت برای هوای خروجی از کانال ها که به هوای ساکن برخورد می کند اتفاق می افتد و یک روش برای کنترل آن کاهش سرعت سیال خروجی است که این کار با افزایش سطح مقطع کانال در قسمت خروجی (یک مجرای واگرا) به دست می آید. (بر طبق قانون پیوستگی)
روش دیگر آنکه در قسمت خروجی هوا هیچ چگونه مانعی که باعث ایجاد اغتشاش در جریان گردد، ایجاد نشود. (شکل 9)
یکی از راه های کنترل صدا تبدیل بسامد پایین به بسامد بالاست. زیرا اصوات با بسامد بالا هنگام انتشار در هوا بیشتر دچار افت می شوند (میرا می شوند) و حفاظت در برابر آن ها و مجزا کردن آن ها آسان تر است.
اگر کانالی که هوا از آن خارج می شود دارای قطر بزرگ باشد قسمت اعظم سروصدا ایجاد شده در بسامد پایین خواهد بود و اگر قطر مجرا کوچک باشد قسمت اعظم سروصدا ایجاد شده در بسامد بالا خواهد بود.
با استفاده از یک مجرا یا کانال بزرگ که خود آن در قسمت خروجی دارای چند مجرای کوچک است می توان سروصدا یا بسامد پایین را کاهش داد. در چنین حالتی سروصدا با بسامد بالا تولید می شود که به راحتی قابل کنترل است.(شکل 10)
(منبع : ماهنامه تهویه و تاسیسات hvacmag – نویسنده: دکتر وحید وکیل الرعایا)
مقاله مرتبط ⇐ کنترل صدا در تاسیسات