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。     

穿孔管插入式消声器消声频谱特性的四端网络法计算

利用四端网络方法对穿孔管插入式的抗性消声器进行分析,建立了该消声器的声传递矩阵,编制了相应的计算软件,计算出消声器的消声频率特性,试验证明,消声器声传递矩阵和计算程序是可行的,可以较正确地分析消声器的频率特性的走向趋势。     

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.     

基于一维/三维耦合模型的消声器声学性能预测研究

以某款商用车消声器为研究对象,针对一维线性消声器模型在高速气流影响下计算失准现象,研究一种基于一维/三维耦合模型的数值仿真分析方法;并结合实验数据对其结果进行验证。结果表明:随着发动机转速的提高,在某一转速后,一维消声器声学预测与实验数据不符,原因是在其内部产生了一维模型无法预测的气流再生噪声;基于Lighthill声类比理论的三维数值仿真,可较好地模拟空间域气动噪声场;并指出目标消声器再生噪声源产生域。一维/三维联合仿真可以实现真实情况下消声器声学性能的预测。     

消声器传递特性的有限元计算方法

研究了声学有限元的单元方程和总体方程,在其商用软件平台上完成了消声器传递特性的数值仿真计算,所得结果与实验测量结果的幅值与相位基本一致.     

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。     

排气消声器声学特性试验台研制

在综合当前排气消声器声学特性评价方法的基础上,介绍了排气消声器声学特性试验台的研制技术,提出了研制过程中应注意的几个问题.     

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。     

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。     

抗性消声器中穿孔板结构的声传递特性

本文利用声波在管中粘滞阻尼方面的理论,研究了存在气流时穿孔板结构的声传递特性。研究表明:穿孔板的声阻与孔板厚度、孔径、穿孔数目、声波频率和气流速度等因素有关。     

快速多极边界元法应用于预测消声器的声学性能

将快速多极边界元法（FMBEM）应用于计算内部声学问题,预测了消声器的传递损失,并与传统边界元法（CBEM）作了比较,验证了所发展FMBEM的正确性.分析和比较了在预测消声器声学性能时单元数和频率对FMBEM和CBEM的计算量和内存需求量的影响规律,结果表明：相对于CBEM,所发展的FMBEM在预测大量单元数消声器声学性能时是高效的;频率对FMBEM的计算量和内存需求量有着重要的影响.     

微穿孔板结构声学特性的数值分析

文中编制了微穿孔板结构的数值分析程序,通过计算实例,对微穿孔板结构的声学特性进行了探讨。     

简单膨胀腔消声器声学特性的内部结构拓扑优化

以二维有限元并结合一种基于梯度的优化算法——移动渐近线法来对简单膨胀腔消声器内部结构进行拓扑优化。在拓扑优化的基础上进一步研究了尺寸优化的方法。膨胀腔内部结构的变化会引起其传递损失的变化。联合COMSOL与MATLAB编程,数值计算结果表明在目标波数下优化后的消声器声学特性远优于简单膨胀腔消声器。     

两腔型双模式车用消声器流场及声学特性分析

双模式车用消声器可以有效降低压力损失,同时降低再生噪声,是一种半主动噪声控制设备。目前对双模式消声器的研究较少,需要进一步了解双模式消声器的内部气体流动情况和低频声学特性。通过流场仿真分析得出了高气体流速下双模式消声器有效降低压力损失的原因,并对结构进行改进,使湍流能量损失降低,减少了压力损失。通过声学仿真得到阀门关闭时共振腔的共振频率,符合亥姆霍兹公式计算结果,证明低频消声效果来自亥姆霍兹共振腔。同时分析了阀门打开时消声器低频消声原理,得出阀门打开后共振频率向右偏移,能够追踪不同转速下的排气噪声。     

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。     

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.     

流固单向耦合的能量法及机翼颤振预测

为准确预测机翼颤振边界,发展了一种基于流固单向耦合的能量方法。首先,为考虑机翼振动对流场的影响,采用课题组所发展的快速动网格技术更新流场网格;然后,在更新后的网格上采用SIMPLE算法求解基于任意欧拉拉格朗日格式的雷诺时均纳维斯托克斯方程,计算出流场压力。通过机翼表面压力计算机翼的气动力,进而计算机翼的气动功,将气动阻尼等效为黏性阻尼,通过等效黏性阻尼公式计算得到机翼振动的气动阻尼;最后,通过气动阻尼来判断机翼的颤振边界。采用所提能量方法对wing 445.6的气动阻尼进行了分析,并计算了其无因次颤振流速,计算得到的无因次颤振流速与实验值的相对偏差大约为1.5%。研究发现,在跨声速条件下wing445.6的气动阻尼随着模态阶数的增加逐渐增加。通过分析机翼表面气动功的分布发现,在跨声速流动中机翼附近流场的激波是产生正气动功的主要原因,也就是说机翼跨声速颤振主要是由激波引起的。     

基于多孔材料的复合微穿孔板结构声学特性研究

为了拓宽普通单层微穿孔板吸声频段,进一步提高其吸声性能,本研究对基于多孔材料的复合微穿孔板吸声结构声学特征进行研究。应用声学有限元方法对复合吸声结构声场进行数值模拟,研究多孔材料的位置、厚度、流阻率及其与微穿孔板或腔壁间空气层对复合吸声结构吸声性能的影响。结果表明：相较于普通单层微穿孔板吸声结构,添加多孔材料后的复合吸声结构吸声性能显著提高;将多孔材料紧贴微穿孔板安装,或选择较厚的、流阻率较高的多孔材料,均可有效提高复合吸声结构的吸声性能;多孔材料与腔壁间空气层对改善中、低频吸声性能有良好作用;多孔材料与微穿孔板间空气层会降低高频吸声效果。     

考虑接头力学特性的沉管隧道计算方法

基于沉管隧道管节接头的构造特征,建立接头的力学模型,将接头位置管节间的相互作用离散为一系列由剪切弹簧、法向弹簧组成的组合弹簧和体现相互之间空隙的阈值。根据得到的节点弹簧法向位移、切向位移,在计算过程中实时判断接头的工作状态并动态调整弹簧刚度参数,并将接头模型应用到沉管隧道结构计算中。该方法可与沉管隧道管节模型结合,综合考虑沉管隧道在不同自由度方向上的结构性能,计算管节和接头的内力与变形。最后,以港珠澳沉管隧道为研究对象,研究沉管隧道接头在实际荷载作用下的受力与位移情况。