计及气流影响的小长径比插入管消声器声学特性的实验研究

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1、万方数据第29卷第5期振动与冲击]OURNAl．OFVIBRA，l’lONANDSHOCK计及气流影响的小长径比插入管消声器声学特性的实验研究杜江，欧阳华，杜朝辉(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：在管内平均气流流速10m／s一100m／s范围内，对长径比L／D=o。6的插入管型抗性消声器内部和外部声学特性进行了实验研究。探讨了气流流速大小和消声器结构参数的变化对插入管消声器声学特性的影响，并结合腔内气流涡模态和尾管声学模态对小长径比插入管消声器的声学特性机理进行了分析。实验及理论分析表明，气流流速对?肖声器内外声学特性均有明显的影响。与消声器静态特性不同的是，在

2、有气流情况下必须计及腔体内卜游插入管气流喷射引发的涡模态。计及气流影响的小长径比插入管消声器声学特性与消声器腔内气流再生噪声的涡模态和消声器尾管的声学模态关系密切，而与消声器空腔本体声学模态无关。关键词：插入管犁消声器；气流再生噪声；声学模态中图分类号：TB535+．2文献标识码：A插入管型抗性消声器广泛应用于汽车排气噪声、内燃机排气噪声和空调压缩机进气噪声等空气动力性噪声的控制。气流流过消声器时，对消声器性能的影响主要表现在两个方面：气流的存在会引起声传播和声衰减规律的变化；气流在消声器内产生再生噪声。尤其当高速气流流过消声器时，遇到消声器壳体内的截面突变和插入管等情况下，一方面将会

3、诱发边界层的分离，该分离的边界层在消声器内部的封闭空间内，当满足一定的气流条件和消声器内部腔体几何条件时，由于腔外剪切流与腔体内部气流流动的相互作用，流动将出现自持振荡，产生强烈的压力和速度等的脉动，并产生强烈的噪声，在消声器内部诱发新的噪声源¨'21；另一方面，如果通过消声器噪声的频率与消声器腔体或尾管的声学模态频率相等时，由于消声器腔体或尾管的共振将会产生经过消声器的噪声不但没有降低，反而会增大的结果∞，4J。因此，消声器内部气流的存在将会大大降低消声器的声学性能，严重时将会使消声器失效，甚至变成噪声的发生器。研究表明一J，气流流速和消声器的结构参数是影响消声器声学特性的两个重要因

4、素。同时，在高速气流影响下，噪声在消声器内部的传播存在复杂的漫反射和腔体的共振现象，并且抗性消声器的声学性能与其结构因素的关系极为复杂，由理论确定的消声器声学性能与实验相差较大，因此，实验测试和对实验测试的分析仍然是目前对有气流影响下消声器声学性能研究的主要方法。本文在管内气流流速lOrn／s～100m／s范围内，对长径比L／D=0．6的插入管型抗性消声器内部和外部基金项目：航空科学基金项目(2007ZB57003)；上海市青年科技启明星计划(08QA14038)收稿日期：2009—03—20修改稿收到日期：2009—06一ll第一作者杜江男，博士生．1978年生通讯作者欧阳华男，副教

5、授声学特性进行了实验研究。探讨了气流流速大小和消声器结构参数的变化对插入管消声器声学特性的影响，并结合腔内气流涡模态和尾管声学模态对小长径比插入管消声器的声学特性机理进行了分析。1实验装置和测试工况实验在上海交通大学航空航天工程系气动消声室内进行，消声室背景噪声小于20dBA，截止频率为125Hz。图1为插入管型抗性消声器声学特性实验台装置图。实验台主要由低速消声风洞、收敛段、连接管和待测插入管抗性消声器等组成。低速消声风洞出口截面180×180mm2，平均速度不均匀度小于1％，湍流度小于0．4％，在截面平均速度55m／s时噪声小于55dBA。低速消声风洞出口经收敛段和连接管与插入管抗

6、性消声器相连，消声器入口管内平均气流速度由消声器尾管处的毕托管和精密微差压计进行测量。本实验中，消声器进口管(或出口管)平均气流流速u。在10m／s到100m／s范围内通过风洞变频调速器进行精确控制。插入管消声器腔体内部声场采用丹麦B&K4938一W一001压力场传声器进行测量，压力场传声器齐平安装于消声器腔体内表面；尾管外部辐射声场采用B&K4189一A一021自由场传声器进行测量。由于消声器内部声场和尾管外部的辐射声场均为本文的研究重点，加之全部实验测试均在消声室中进行，反射声对实验测试的影响较小，因而，本实验研究过程中未使用消声末端，且测量位置选择在距离尾管300mm的45。方位

7、角位置。传声器在每次测试前均采用B&K4230活塞式校准器进行校准。实验测试数据由美国NIPXI一1033多通道实时数据采集仪采集，并采用NISignalExpress进行实验数据处理。测试对象为长径比L／D=0．6的插人管消声器。为了较为全面探讨消声器结构参数对其声学特性的影万方数据第5期杜江等：计及气流影响的小长径比插入管消声器声学特性的实验研究167响，设计了消声器进口管和尾管长度均可调的插入管型抗性消声器，如图2所示。消声器本体扩张腔内