共振式進(jìn)氣消聲器設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用研究.pdf

1、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣噪聲大多屬于低頻噪聲，與排氣噪聲相比，在控制技術(shù)上具有特殊性：采用常用的擴(kuò)張腔消聲器（或空氣濾清器兼作消聲器）很難使進(jìn)氣噪聲得到足夠衰減；且進(jìn)氣系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的充量系數(shù)密切相關(guān)，稍有改動(dòng)就會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。由于共振式消聲器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、良好的消除低頻噪聲的性能和流動(dòng)損失小等優(yōu)點(diǎn)，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣噪聲的控制中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于其頻率選擇性強(qiáng)，在共振頻率附近消聲量很大，偏離共振頻率時(shí)消聲量急劇下降，因此，為了節(jié)省時(shí)

2、間、減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)、提高消聲器設(shè)計(jì)的成功率，在消聲器設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)確估算其共振頻率非常重要。以往常以古典的集中參數(shù)模型為基礎(chǔ)來(lái)估算消聲器的共振頻率，由于在建模過(guò)程中忽略了連接管和共振腔內(nèi)的質(zhì)量分布及聲波運(yùn)動(dòng)，因而所得公式在估算消聲器的共振頻率時(shí)存在一定的局限性，即要求共振腔和連接管幾何尺寸遠(yuǎn)小于共振頻率時(shí)的波長(zhǎng)，連接管體積遠(yuǎn)小于共振腔體積等。但在實(shí)際應(yīng)用中，共振式消聲器的容積及腔體結(jié)構(gòu)常常受到客觀條件的限制而不能滿(mǎn)足上述要求，此時(shí)，用集中參數(shù)

3、模型估算共振頻率與實(shí)際結(jié)果往往存在較大偏差，腔體結(jié)構(gòu)、形狀因素對(duì)消聲器的共振頻率有著相當(dāng)大的影響本文首先以聲學(xué)理論為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣噪聲控制中常用的、具有矩形截面共振腔的單節(jié)共振式消聲器腔體結(jié)構(gòu)形狀對(duì)其共振頻率的影響進(jìn)行了深入的研究。結(jié)果表明：消聲器腔體深寬比變化對(duì)其共振頻率有較大的影響。當(dāng)腔體形狀接近于立方體時(shí)，共振頻率最大，腔體深寬比減小或增大，共振頻率均向低頻方向移動(dòng)；共振腔截面寬高比變化對(duì)共振頻率也有一定的

4、影響,但影響不很大。隨著截面寬高比的增加，共振頻率向低頻方向移動(dòng)，截面形狀愈扁，共振頻率變化幅度愈大。其次，比較了集中參數(shù)模型共振頻率計(jì)算式和一維軸向模型共振頻率計(jì)算式各自的適用范圍及估算誤差。結(jié)果表明：兩公式即使經(jīng)常用連接管長(zhǎng)度修正公式修正以后，其計(jì)算結(jié)果均與三維計(jì)算結(jié)果存在較大的偏差，偏差大小與腔體深寬比有關(guān)。對(duì)集中參數(shù)模型共振頻率計(jì)算式而言，當(dāng)深寬比在0.34～1.0范圍內(nèi)變化時(shí)，偏差值較小，深寬比小于0.34或大于1.0以后，偏

5、差值逐漸增大，特別是當(dāng)深寬比大于 3.05以后，其相對(duì)誤差達(dá)到 88％以上，因此，在腔體深寬比小于 1.0時(shí)，用該式估算共振頻率誤差相對(duì)較??；對(duì)一維軸向模型共振頻率計(jì)算式，在深寬比較小時(shí)，其計(jì)算結(jié)果與集中參數(shù)模型接近，隨深寬比增大而逐漸靠近三維計(jì)算結(jié)果，此時(shí)，用該式估算共振頻率誤差相對(duì)較小。根據(jù)以上分析結(jié)論，在綜合考慮各種影響因素基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)集中參數(shù)模型共振頻率計(jì)算式提出了適合于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣消聲器設(shè)計(jì)的、估算精度較高的連接管長(zhǎng)度修

6、正公式，并總結(jié)出了進(jìn)氣消聲器設(shè)計(jì)的一般方法和原則。為驗(yàn)證三維有限元理論分析結(jié)果的正確性，考查主管中氣體流動(dòng)對(duì)消聲器共振頻率的影響，自行設(shè)計(jì)并建造了消聲器專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)所得理論分析結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)結(jié)果與三維有限元理論分析結(jié)果吻合較好；無(wú)論主管中氣流速度與聲傳播方向相同還是相反，氣流速度對(duì)消聲器共振頻率的影響均很小，即使管內(nèi)流速達(dá)到50m/s時(shí)，所引起的頻率變化量也僅在3Hz左右，因此，盡管在理論分析中未考慮管內(nèi)流速的影響