一种电子膨胀阀掺汽超空化降噪设计方法

本发明提出了一种对电子膨胀阀进行掺汽超空化降噪的设计方法。所属为制冷系统及其部件的优化设计领域，具体涉及通过技术创新解决电子膨胀阀在制冷过程中产生的噪声问题。在电子膨胀阀两侧安装掺汽构件，增大电子膨胀阀出口气体含量，减小进出口压力差，抑制空化现象。提出代表性掺汽构件关键结构参数，通过响应面优化算法得到结构最优参数值，显著降低两相流致噪声。

背景技术：

1、随着汽车技术的不断发展，热泵空调系统已成为电动汽车等新能源汽车中的重要组成部分。然而，制冷剂的流动噪声，特别是电子膨胀阀处的噪声，一直是影响车内舒适性和用户体验的重要因素。因此，降低热泵空调系统中的噪声，尤其是电子膨胀阀处的噪声，具有重要的实际意义和应用价值。

2、在电子膨胀阀节流阀芯入口处，流体流动过程中遇到突缩的孔径，管径的减小会对流体产生一定的阻碍作用，根据伯努利原理，部分压力势能转变为动能，使得流体流经节流孔时以高速流出，当液体压力降低至饱和蒸汽压以下时，析出大量空化气泡，流至高压处时气泡破裂产生压力脉动，导致振动和噪声，是两相流致噪声的主要原因。同时因为流道的突缩，流体产生挤压碰撞，还会产生热能和声能。特别是声能，在节流处会以辐射的形式释放出来，从而产生噪声。这是流致噪声的次要部分。

3、传统电子膨胀阀在制冷系统中是调节制冷剂流量的关键部件，但其控制精度、响应速度及系统适应性仍有待提升。现有技术中，电子膨胀阀的控制多依赖于简单的反馈机制，难以应对复杂多变的工况条件。此外，部分电子膨胀阀的结构设计复杂，维护成本高，影响了其广泛应用。

4、传统的降噪方法，如使用消声器、优化管路设计等，虽然能在一定程度上降低噪声，但往往存在降噪效果有限、结构复杂、成本较高等问题。特别是在汽车热泵空调系统中，由于空间有限、工作环境复杂等因素，传统降噪技术的应用受到很大限制。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种电子膨胀阀掺汽超空化降噪控制系统及其结构设计方法，通过集成先进的控制算法与优化的结构设计，解决汽车热泵空调系统中两相流致噪声过大的问题，实现对制冷剂流量的精确、快速调节，提高制冷系统的整体性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，包括电子膨胀阀主体、电子膨胀阀进口管、电子膨胀阀出口管以及两个掺汽构件，掺汽构件分为进口管和出口管。

4、所述电子膨胀阀的工作原理基于电磁感应和机械传动。当控制系统发出脉冲电压信号时，线圈部分产生磁场并驱动磁体转子旋转。磁体转子的旋转通过螺母14和轴17带动阀针12上下移动，从而改变节流孔的开口度。随着节流孔开口度的变化，制冷剂的流量也相应发生变化。通过这种方式，电子膨胀阀能够实现对制冷剂流量的精确调节和控制。

5、所述电子膨胀阀主体，包括阀芯11、阀针12、阀座13、转子、螺母14、阀针弹簧、弹簧支撑座、线圈、下定位结构15、上定位结构16、轴17、外壳18和支撑座19。所述轴17与支撑座19固接、阀针12与弹簧支撑座顶接、外壳18外设有固定架。螺母和轴通过螺旋槽与阀针相互配合，实现阀针的上下移动。电子膨胀阀主体部分是电子膨胀阀的核心部件，它根据线圈部分产生的磁场和脉冲电压信号来调节阀针的开度，从而实现对制冷剂流量的精确控制。

6、所述掺汽构件，通过焊接或者一体成型与电子膨胀阀出口管相连接，且两者通道之间连通。

7、所述掺汽构件与电子膨胀阀出口管第一个连接处位于靠近电子膨胀阀主体5mm处，第二个连接处位于靠近电子膨胀阀主体40mm处。掺汽构件与电子膨胀阀进、出口管的管道中心线位于同一平面。

8、所述掺汽构件中心线与电子膨胀阀出口管中心线之间的高度h为15mm。

9、所述掺汽构件，其与电子膨胀阀主体的连接处均呈中空圆柱形。

10、所述掺汽构件，其内径为电子膨胀阀出口管内径的1/5。

11、所述掺汽构件，其外径为电子膨胀阀出口管内径的1/4。

12、所述掺汽构件与电子膨胀阀出口管两个连接处中心线距离为35mm。

13、所述掺汽构件进口管，其与水平轴线之间的夹角α为35°。

14、所述掺汽构件，其直径φ为2mm。

15、所述掺汽构件，其进口管与垂直管路过渡部分圆角为5mm。

16、所述掺汽构件，其关键结构参数为掺汽构件入口管角度α、掺汽构件直径φ以及掺汽构件高度h。

17、在可选的实施例中，所述关键结构参数，选取其作为优化设计参数，通过单因素响应面优化算法得到各单因素水平范围，通过多因素响应面优化算法得到结构最优参数值，构建关于峰值声压级spl peak和有效声压级rms作为设计目标参数的响应面模型。

18、在可选的实施例中，所述响应面模型的构建方法包括：

19、(1)利用拉丁超立方抽样方法选择设计点；

20、(2)获得所述设计点对应的优化目标值；

21、(3)根据所述设计点和对应的优化目标值，建立掺汽构件几何结构参数与设计目标参数之间的函数关系：

22、

23、式中，yi表示目标函数；n为设计变量的数量；xi、xj为几何结构优化设计参数；β0代表常数项系数，βj代表一次方项系数，βjj代表同参数二次方项系数，βij代表不同参数间二次方项系数。

24、由上述技术方案可知，本申请提出的降噪装置设计方法的优点和积极效果在于：

25、1、掺汽超空化降噪技术基于明确的物理机制，即通过在电子膨胀阀出口处引入蒸汽，形成超空化现象，从而改变局部流场特性，抑制气泡的破裂和噪声的产生。通过调整掺汽参数，可以精确地控制噪声的降低效果，使得降噪过程具有较强的可控性。

26、2、响应面优化方法中，自变量与目标函数关系明确，可以通过调整自变量的取值来预测目标函数的响应。

27、3、计算效率高，该设计方法支持下的快速迭代优化过程，可以显著缩短产品研发周期。通过多次迭代调整掺汽参数，可以迅速找到最优的降噪方案。

28、4、设计结果有效，降低峰值声压级9.95db，改善制冷剂在电子膨胀阀内的流动状态，提高系统的制冷效率和稳定性。通过优化流场结构，减少能量损失和振动噪声，进一步提升整个制冷系统的性能。

技术特征：

1.一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，包括电子膨胀阀主体、电子膨胀阀进口管、电子膨胀阀出口管以及两个掺汽构件，掺汽构件分为进口管和出口管。

2.根据权利要求1所述的一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，其特征在于：所述掺汽构件，通过焊接或者一体成型与电子膨胀阀出口管相连接，且两者通道之间连通。

3.根据权利要求1所述的一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，其特征在于：所述掺汽构件与电子膨胀阀出口管第一个连接处位于靠近电子膨胀阀主体5mm处，第二个连接处位于靠近电子膨胀阀主体40mm处。

4.根据权利要求1所述的一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，其特征在于：所述掺汽构件中心线与电子膨胀阀出口管中心线之间的高度h为16mm。

5.根据权利要求1所述的一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，其特征在于：所述掺汽构件，其与电子膨胀阀主体的连接处均呈中空圆柱形。

6.根据权利要求2所述的一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，其特征在于：所述掺汽构件，其内径为电子膨胀阀出口管内径的1/5。

7.根据权利要求2所述的一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，其特征在于：所述掺汽构件，其外径为电子膨胀阀出口管内径的1/4。

8.根据权利要求3所述的一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，其特征在于：所述掺汽构件与电子膨胀阀出口管两个连接处中心线距离为35mm。

9.根据权利要求1所述的一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，其特征在于：所述掺汽构件进口管，其与水平轴线之间的夹角α为36°。

10.根据权利要求1所述的一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，其特征在于：所述掺汽构件，其直径φ为2mm。

11.根据权利要求1所述的一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，其特征在于：所述掺汽构件，其进口管与垂直管路过渡部分圆角为5mm。

12.根据权利要求1所述的一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，其特征在于：所述掺汽构件，其关键结构参数为掺汽构件入口管角度α、掺汽构件直径φ以及掺汽构件高度h。

13.根据权利要求12所述的一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，其特征在于：选取掺汽构件的关键几何参数作为优化设计参数，通过单因素响应面优化算法得到各单因素水平范围，通过多因素响应面优化算法得到结构最优参数值，构建关于峰值声压级spl peak和有效声压级rms作为设计目标参数的响应面模型。

14.根据权利要求13所述的一种掺汽超空化降噪电子膨胀阀，其特征在于，响应面模型的构建方法包括：

技术总结
本发明公开了一种电子膨胀阀掺汽超空化降噪设计方法。针对汽车热泵空调制冷剂两相流致噪声，提出采用掺汽超空化优化策略，在电子膨胀阀出口段与蒸发器入口段增加掺汽构件，利用蒸发器入口段与电子膨胀阀出口之间的压力差，将制冷剂气体有效地引至电子膨胀阀的出口处，增加电子膨胀阀出口附近的局部气体含量，降低压力损失，抑制空化现象。提出掺汽构件关键结构参数，通过响应面优化算法得到结构最优参数值。结果表明，优化后的掺汽构件降低噪声9.95dB，为汽车热泵空调系统的降噪设计提供了理论依据和实践指导。

技术研发人员：胡溧,秦亚超,王华伟,王博
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/10