横流穿孔管消声器声学及阻力特性的数值分析

横流穿孔管消声器具有较宽的消声频带和良好的消声性能,被广泛应用于汽车排气噪声控制。本文应用三维数值分析方法,研究了横流穿孔管消声器的声学及阻力特性。得出如下结论:穿孔率是影响声学和阻力损失的最重要参数;穿孔直径对声学性能影响较小但对阻力损失影响较大;膨胀腔尺寸和气流速度的改变对声学和阻力损失都产生一定的影响。     

双层微穿孔管消声器传声损失理论计算与分析

基于一维平面波理论和微穿孔结构吸声理论,推导双层微穿孔管消声器传声损失理论模型,并将理论计算值与三维有限元声学仿真结果进行对比,利用消声器传声损失理论公式,对比双层和单层微穿孔管消声器的传声损失,分析内外层膨胀腔厚度对双层微穿孔管消声器声学特性的影响。研究结果表明:双层微穿孔管消声器在中低频的传声损失要大于单层微穿孔管消声器;增加内外层膨胀腔的厚度,可以提高双层微穿孔管消声器的消声特性;当双层膨胀腔总厚度固定,外层膨胀腔厚度大时,消声器在中低频的声学性能更好。     

考虑气流影响的直通穿孔管消声器声学性能

为了研究气流对消声器传递损失的影响,采用有限元法(finite element method,FEM)和计算流体力学法(computational fluid dynamics,CFD)相结合的方法来解决这种流声耦合问题.以直通穿孔管消声器为例,计算出它们存在气流时的传递损失,并与文献中的实验数据和预测结果进行对比,以验证计算结果的准确性.研究结果表明:当忽略消声器内部气流引起的湍流噪声时,随着气流速度的增加,除了共振峰值处的传递损失显著减小外,多数频率处的传递损失有所增加,尤其是在较高频段内变化较为明显;随着气流温度的增加,传递损失曲线向高频方向移动.     

穿孔式消声器传递损失计算

针对内燃机排气消声器中采用的穿孔管声学元件,建立数学模型及边界条件,用数值计算方法实现了穿孔管声学元件传递矩阵的计算。并对含有穿孔管声学元件的消声器进行传递损失计算和消声性能分析。本文提出的计算方法对指导消声器设计具有一定的实用价值。     

汽车排气消声器内部流场及温度场的数值计算

通过对一典型结构汽车排气消声器进行建模,根据流场计算特点划分网格,利用ANSYS CFX软件对其内部流场及温度场进行数值模拟研究,分析气流速度、温度变化及压力分布对消声器性能(声学性能和空气动力性能)的影响.分析得出结论,设计消声器时必须考虑从结构上消除产生高速湍流和高速气流的可能,且在满足消声性能的前提下尽量减少压力损失,减少穿孔结构能有效地降低压力损失.     

气流管道有源消声器声学性能分析

结合噪声源和管道末端的阻抗特性，以及管道中的声传播特性，使用电声类比和传递矩阵技术，建立了气流管道有源消声器声学性能分析的理论模型。文中对管道有源消声器的传递损失和插入损失进行了计算，结果表明，有源消声器的实际消声性能与管内气流马赫数、检测传声器相对于次级声源的位置、控制系统的频响，以及噪声源和管道末端的阻抗特性密切相关。     

基于响应面法的乘用车消声器声学性能优化

针对某乘用车车内、外消声器中频段(0.5~1.5kHz)降噪能力较差的问题,利用响应面法对消声器在中频段的传递损失进行优化.首先,采用Latin超立方法对插入管长度、穿孔板位置和穿孔率等设计变量进行采样,采用声学有限元法计算各样本点在中频段的传递损失;然后,利用Kriging模型建立中频段传递损失的响应面模型,并验证其计算精度;最后,利用遗传算法对该响应面模型的计算结果进行优化.结果表明,与优化前消声器在中频段的传递损失(27.05dB)相比,优化后消声器在中频段的传递损失(41.38dB)增加了14.33dB,其消声性能得到了明显改善.     

非定常流场和声场有限元内燃机排气消声器研究

 消声器是降低内燃机排气噪声的主要部件。通过设计独立测试排气噪声的台架实验,分析了安装消声器前后的排气频谱特征,对比期望的噪声评价曲线,得到了消声器性能不足的频段主要集中在中高频。根据流体和声学的基本理论,基于三维数值有限元,分析了复杂消声器非定常流动状态下其压力场、温度场、再生噪声场分布和主要贡献的噪声频段,研究了消声器在稳态下的传递损失;通过研究声学传递过程中的空腔模态特征,找到了影响消声效果的主要因素。基于消声器仿真模型,研究了消声单元结构特征与消声性能之间的关系,通过改善复杂消声器的小孔结构和增加吸声材料,采取实验对比分析了插入损失,验证了分析和改进的有效性。本文综合分析了流体、声学以及流体对声学的影响,研究了内燃机排气消声器性能,此系统方法能更全面地了解和改进排气噪声。     

结构参数对直通穿孔管消声器消声性能影响的数值分析

直通穿孔管消声器具有良好的消声性能和低的压力损失,广泛应用于内燃机进排气噪声控制.为了深入认识其消声性能,文章应用有限元数值分析方法,详细讨论了结构参数对消声性能的影响,结果证明:共振腔体积相同时横截面形状对消声性能影响很小;穿孔管消声器的长度既影响消声频率又影响消声量;消声器共振腔径向尺寸增加,低频消声量增加,共振频率移向低频;穿孔管壁厚、穿孔率和穿孔孔径的改变对低频消声量无影响,主要影响共振频率及中频消声性能.     

考虑非均匀流场的管道声学理论及消声器研究

研究了考虑非均匀流场的刚性直管声场传递矩阵,通过将刚性直管沿轴向等分成N个微段,并假定每个微段内温度、气流马赫数和声速保持恒定的情况下,利用各微段间声压和体积速度的连续性条件.推导了刚性直管声场传递矩阵和扩张式消声器的插入损失数学模型,并进行了理论计算与声学特性分析.     

微穿孔板简化仿真方法在双层微穿孔结构中的应用

为解决微穿孔板消声结构声学仿真计算过程中,微孔给有限元网格划分带来的困难,采用两种不同的简化方法模拟微穿孔板.其一将经典微穿孔板吸声结构理论与传递导纳法相结合,通过在穿孔板内外表面定义一组传递导纳系数表示微穿孔板;其二则计及板材料性能对吸声特性的影响,将微穿孔板转化为等价的多孔材料模型.分别运用这两种微穿孔板简化仿真方法对某高频双层串联微穿孔板消声器的传声损失进行仿真计算,并与阻抗管实验测试结果进行对比.结果表明,两种微穿孔板简化仿真方法均适用于双层微穿孔结构,且能准确有效地预测其声学性能.      

消声器中的高次波及其对消声性能的影响

从理论上推导了扩张室消声器内可能存在的高次波.为考察消声器的性能,先用三维有限元法求出消声器两端的四端子参数,然后再根据四端子参数求出消声器的传递损失.利用这种方法计算出了消声器内部声压的分布,讨论了消声器内高次波对消声性能的影响,提出了改善消声器性能的方法.结果表明,由于高次波的存在,消声器内部不一定是平面波;高次波对消声器性能有一定影响,能使某些频段的消声量下降,甚至失效;适当选择进出口管位置能抑制某几次高次波的出现,扩展消声器的有效频率.     

考虑非均匀流场的管道声学理论及消声器研究

研究了考虑非均匀流场的刚性直管声场传递矩阵，通过将刚性直管沿轴向等分成Ｎ个微段，并假定每个微段内温度，气流马赫数和声速保持恒定的情况下，利用各微段间声压和体积速度的连续性条件，推导了刚性直管声场传递矩阵和扩张式消声器的插入损失数学模型，并进行了理论计算与声学特性分析。     

对规则腔与非规则腔消声器声学特性的对比分析

利用计算流体动力学软件及声学仿真软件,进行规则腔及非规则腔消声器内部流体动力学仿真、压力损失计算和传递损失分析,获得了腔体长度一定,截面积相等的圆形截面、椭圆截面和矩形截面的声学特性。仿真结果表明,非规则腔相比于规则腔消声器,异形口截面消声器压力损失更大,消声效果更好。穿孔率对消声器降噪效果有影响,穿孔率为12%时,中高频段噪声降低3.4dB。该研究结果为非规则腔消声器的优化设计提供了参考依据。     

微穿孔板消声器结构参数优化研究

为研究消声结构参数对消声性能的影响,建立了消声器声场有限元模型,并在模型边界上施加相应的边界条件,通过计算求得不同结构参数下消声器的传递损失,以分析不同的结构参数对消声器的消声性能的影响。计算发现采用内径20 mm的微穿孔管可有效降低3~6 kHz频段内的噪声,微穿孔管的单节管长应为1/4波长的9倍,管上孔洞按正方形分布,开孔直径0.4 mm,开孔率4.8%。     

“消声器的研究”通过鉴定

“消声器的研究”是江苏省科委计划课题 ,该项目于 1 999年 1 2月在我校通过省科委组织的鉴定 该消声器是针对轻型在用汽车的消声器换装净化消声器而研制的 它由消声元件和催化载体优化匹配构成 该研究建立了消声计算模型软件 ,推导了各种不同的声学元件的传递矩阵 ,同时分析了载体、穿孔板和穿孔管的声学特性 ,编制了汽车发动机和排气系统优化设计软件 专家评审意见和查新资料表明 :该消声器的设计方法在国内处于领先 ;研制的消声器在常用工况的范围内其插入损失超过 30ｄＢ(Ａ) ,大大超过了合同规定的 2 5ｄＢ(Ａ)的指标 ,功率损失也…     

复杂消声器中穿孔管传递矩阵的研究

在数值解耦分析的基础上,对复杂穿孔管消声器中几种常见的穿孔管结构进行分析,推导出了各自的传递矩阵。与声学有限元分析结果进行比较,结果表明数值解耦分析结果与有限元分析结果在中低频率范围内具有较高的精度。数值解耦分析方法对复杂穿孔管消声器的研究具有一定的指导意义;并且相对于有限元分析节约了大量的时间。     

农用单缸柴油机排气消声器流场特性研究

针对农用单缸柴油机的排气消声器,以有限体积法计算其内流场模型得到速度、压力分布规律。结果表明:湍流现象与气流速度变化的程度和气流速度有很密切的关系;进气管处较易产生高压区域,对应的压力变化较大。结合消声器的结构特点设计不同(隔板穿孔率T、椭圆长短轴比N及长径比L/D)进行流场特性探讨:各方案均在进气管与隔板之间腔体产生一低流速区。隔板穿孔率改变引起的压力损失较长短轴比和长径比变化的压力损失大,表明若改变原消声器某一结构因子参数而不引起整体尺寸变化时,消声器的压力损失变化值越小,反之越大。     

吸声材料参数对阻性消声器传递损失影响的数值研究

采用改进的Johnson-Allard等效流体模型描述阻性消声器中吸声材料,通过LMS Virtual lab声学有限元分别研究材料的流阻率、孔隙率、形状因子、黏性及热特征长度对阻性消声器传递损失的影响。结果表明材料流阻率越大,两种特征长度越小,消声器传递损失越大;随材料形状因子增大,消声器传递损失曲线向低频段压缩,可根据目标噪声频域特性选择合适的形状因子;常规范围内,孔隙率对传递损失影响很小。这些结果为合理选择吸声材料、优化消声器消声性能提供了参考。     

汽车消声器声学性能优化分析

利用改变穿孔板结构的方法对原消声器进行了改进,并采用声学有限元软件Virtual Lab对优化后的消声器结构进行传递损失的分析。研究表明,经过优化后,消声器在低中频的消声性能得到显著的提高。原消声器还存在优化的可能性,为厂家优化当前的产品提供了一定的理论指导依据。