小孔喷注复合式消声器综合性能分析和优化

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1、小孔喷注复合式消声器综合性能分析和优化ok3et等人采用边界元法计算了包含一个共振式消声器和两个阻性消声器的复合式消声器的声学特性[6]。Denia利用二维解析法计算了包含穿孔管、吸声材料和空腔的出入口管道延伸结构的阻抗复合式消声器的声学特性[7]。Ji利用边界元法计算包含直通穿孔管消声器和阻性消声器的复合式消声器的消声性能[8]。国内,周晋花研究了带有吸声材料的复合穿孔板吸声结构的声学特性[9],比较了吸声材料紧贴穿孔板和吸声材料紧贴刚性壁时吸声结构的声学性能,分析了吸声结构的参数对吸声性能的影响[10]。周新祥利用有限元法计算了阻抗复合式消声器的动态特性[11]。张文平

2、利用三维数值方法进行了某柴油机的排气系统阻抗复合式消声器的声学性能分析和内部流场模拟[12]。小孔喷注技术国内在消声器结构的设计上应用很广,马大猷在这方面的研究取得了很好成果[13]。小孔喷注技术通过控制小孔的直径达到移频目的,从而使低频噪声降低,高频噪声升高[14]。是目前对低频噪声控制最有效应用最广的方法。在数值仿真方面,消声器声学性能数值仿真常用的方法有边界元法和有限元法。在消声器尺寸较大或分析频率较高时,边界元法比有限元法效率更高。有限元法首次是由Young和Crocker应用到消声器传递损失计算中的[15]。而边界元首次由Seybert和Chen应用于计算无气流下

3、的消声器的声学性能[16]。随着计算机的发展,数值仿真软件不断开发和升级,被应用到声学、流体力学等领域,加快了国内消声器数值仿真的研究水平。王雪仁,季振林利用快速多极子边界元计算了扩张式消声器、阻性消声器和考虑三[1][2][3][4]下一页维势流的消声器的传递损失[17]。葛蕴珊等人在利用三维有限元法研究简单扩张式结构和共振式消声器消声性能的基础上,对复杂穿孔管结构的消声器进行了声学性能预测[18]。李以农利用CFD方法研究汽车排气消声器内部的流场和温度场,分析气流速度、温度和压力分布对消声器性能的影响[19]。........第二章复合式消声器理论和设计基础2.1小孔喷

4、注理论喷注噪声,即气体以高速流出各小孔,卷吸孔外周围环境的气体产生剧烈的扰动,随之辐射出的强烈噪声(喷注噪声为四极子声源)[39]。从管口喷射出来的高速气流通过各小孔与周围静止气体剧烈混合产生的喷注噪声,具有高峰值的宽屏带噪声[40]。如图2-2-1所示自由喷注,从高压容器流经圆形喷嘴释放出气流。开始在入口管时气体速度还是为零,到了圆管最窄截面处时流速达到最大[41]。从图中划分区域看,喷注包括了混合区、过渡区和充分发展区等。小孔喷射高速气流,由于内部的静压值远远低于小孔外周围环境的静压,从而在高速气流四周产生剧烈的引射现象,使得沿喷射方向一定距离范围的气体被喷射气流卷吸过

5、来。随着周围大量气体不断被卷吸,中间高速气流体积逐渐变大,速度从而变小。在小孔孔径截面附近处,一直保持着体积随距离变小的高速气流,速度的大小依然等于小孔刚喷出的速度值,把这中间一小体积喷射流称为势核。势核的范围长度一般为小孔孔径的5倍大小,之后的过度区占小孔孔径的10倍大小。势核处的高速气流和周围被卷吸的气体激烈混合,湍化程度最高,从势核经混合边界到周围环境的气流速度梯度大,同时内部作用产生的应力和压强复杂多变,涡流强度高,随之辐射出的噪声较强。.........2.2传统消声器理论基础根据噪声时域起伏的程度看,排气噪声可分成三大类:间歇性噪声、周期性噪声和稳定性噪声[43

6、]。本文研究的压缩空气/燃油混合动力发动机排气噪声包括了周期性噪声和间歇性噪声两类。由于混合动力发动机压缩空气动力和内燃机两种模式下运转,发动机在低负荷或低速时采用压缩空气动力模式,此时排气噪声以间歇性噪声为主[44];在负荷较大或速度较高时采用内燃机模式,此时排气噪声以周期性噪声为主。稳定性噪声就是指大小幅值基本维持相同的排气工况,这种情况一般发生在理想状态下、排气供给充足或者有反馈控制的条件。比如空气压缩机站储气罐的排气,在往大气排气产生的噪声就属稳定性噪声,是因为储气罐体积大,排气管直径小,排气时间长,排气供给充足,让整个过程维持基本相同大小的排气噪声[45]。但稳定

7、性噪声在生活中毕竟少,受到我们复杂多变的工况制约,周期性噪声和间歇性噪声占主要地位。周期性噪声顾名思义就是排气过程噪声大小周期性变化。本文研究的压缩空气/燃油混合动力发动机在负荷大、高速时采用的内燃机模式产生的噪声就属周期性噪声。周期性噪声就需要求我们用频率分析特性,在降噪上主要要求的是幅值的降值。排气在流经消声器过程中,以基频噪声和涡流噪声为主,基频噪声和涡流噪声都属于周期性噪声[46]。内燃机排气随着排气门周期性的开关,气流冲击消声器进口处产生压力的变化即也显周期性的,此周期性低频噪声源就是基频噪声。.....