小型发电机组消声器声学特性分析及优化.pdf

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1、景亚兵刘焕领岳艳白伟：小型发电机组消声器声学特性分析及优化)巳JjLJ0Jj书《设计研究》f—f，I、—小型发电机组消声器声学特性分析及优化AnalysisandOptimizationforMufleofSmallGasolineGeneratoronAcousticsPerformance景亚兵刘焕领岳艳白伟(天津大学内燃机研究所)[摘要]利用声学计算软件Virtua1．LabAcoustics对复杂的小型汽油发电机组消声器的内部声场进行数值计算，得到消声器的传递损失，与消声器各腔体的传递损失进行对比

2、，找出消声器传递损失特征与各腔体关系，针对排气噪声提出传递损失改进目标，优化消声器结构参数，提高了消声器的消声性能。该方法为消声器设计改进提供了较好的参考。[关键词]消声器有限元传递损失Keywords：MufierFEMTransmissionlossU刖吾声学有限元和边界元法就是如何用声学有限元和随着经济发展。小型发电机组一方面用于解决声学边界元求解Helmholtz方程。用声学有限元法解Helmholtz方程首先需要把计算的声场离散成一定电力供应紧张问题，另一方面作为野外、医院宾馆等地的备用电源得到

3、越来越广泛的应用。但是小型数量的小声场，即单元，单元之间通过一定数量的发电机组运转过程中产生的噪声严重污染了周围顶点相互首尾连接。这些顶点即节点。每个单元内环境，同时由于其使用环境紧靠人群，其噪声污染的声场由属于这个单元的节点上的声压确定，这时对人的影响更为严重。因此，噪声控制工作得到人候声场内的声压分布就转换成如何确定所有节点们的普遍重视。上声压的问题。消声器是控制小型发电机组排气噪声的重要在推导波动方程式时假设流体介质为理想的部件，要较好的控制排气噪声，需要对消声器结构非粘性介质；传播过程是绝热过程。

4、与外界不存在进行精确的设计以优化其声学特性适应排气噪声热交换：介质的物态变化是线性的。控制。早期排气消声器主要依据一维平面波理论结声波满足质量守恒定律的连续方程、牛顿第二合经验进行设计．但仅当消声器截面几何尺寸较定律的运动方程以及描述压强、温度和密度关系的小，且噪声频率不太高时适用。随着数值计算软件气体状态方程。推导可得到三维平面波动方程：的发展，三维理论已被应用于消声器的数值分析研究之中，主要有有限元法，边界元法等。_c22p=熹++吾(1-1)本文采用有限元法．利用声学计算软件Virtua1．其中为三

5、维拉普拉斯算子，c为声速，p为声LabAcoustics对5kW小型汽油发电机组消声器内部压。设p=p(x，Y，z)e，经过分离变量，上式可转化为声场进行数值计算，得到消声器的声腔模态和传递声压幅值p(x，Y，z)的Helmhohz方程：损失，并结合排气噪声对消声器结构进行改进，以2p+k21)=0(1-2)提高消声器的传递损失。其中k为波数，k=to／c．∞为角频率。1理论分析利用Galerkin方法或者变分原理，对式(2)进行数值声学的基本方程仍是Helmhohz波动方程，变换及离散，得到有限元方程：

6、[K+j(I)C一(1)M]P=FA(1—3)基金项目：重庆市科委项目资助．项目编号CSTC式中K．C，M分别为刚度矩阵、阻尼矩阵、质量矩2009AA3011景亚兵刘焕领岳艳白伟：小型发电机组消声器声学特性分析及优化3100Hz以下及430Hz、990Hz、1160Hz三处通过频率中可以看出。改进后原43OHz通过频率移~200Hz附处，传递损失非常低，消声效果非常差。近．有效提高了300Hz一750Hz频率段的传递损失，同3．2各腔体传递损失时1100Hz一1400Hz频率段的传递损失也显著提高，为判断

7、消声器各腔对消声器总传递损失的影起到了较好的改进效果。响．按照气流经过顺序将消声器拆分为三个独立的腔体，如下图5所示，分别计算各腔体的传递损失，计算结果如图6所示。图7消声器改进方案图5消声器腔体拆分f从左至右依次为第=腔、第一腔、第三腔图6消声器及备消芦腔传递损失对比5结论对比消声器总传递损失和各腔体的传递损失在有限元理论的基础上，建立了小型汽油发电可以看出。在800Hz附件频率的消声高峰，主要与第机组消声器的有限元模型。利用Virtua1．LabAcous—二腔和第三腔相关；1400Hz附件频率的消声

8、高峰，tics软件计算了消声器的声场，得到消声器的传递损主要与第二腔相关：100Hz以下的消声低谷及990Hz失。试验结果与计算结果的一致说明了数值分析的的通过频率，主要与第一腔和第三腔相关，430Hz和可行性，1160Hz的通过过频率，主要与第二腔相关。与消声器各腔体的传递损失进行对比。得到了4结构优化分析消声器传递损失特征与各腔体关系．为结构优化改通过分析加装该消声器后发电机组的排气噪进提供了参考。声频谱，可知噪声在300