扩张室式消声器声学特性的有限元分析_刘飞
抗性消声器声学性能的有限元分析
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２０ ０８年第 ４期 （ 第 １６ ） 总 ０期
内燃 机 与 动力 装 置
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２０ 年 ８ ０８ 月
【 排放噪声 】
抗 性消声器 声 学性 能 的有 限元分析
李 健 郑忠 才 高 ， ， 岩 张坤金 ，
中图分 类号 ：Ｋ ０ 文献标 识码 ： 文章编 号 ：６ ３ ３７ ２ ０ ）４— ０ １ ４ Ｔ ４２ Ａ １７ —６９ （０ ８０ ０ ３ —０
简单扩张式消声器与穿孔管消声器对比研究_袁翔
在发动机排气系统中普遍使用消声器以降低排气噪声［1］，通常要求消声器具有良好的消声效果和较低的背压。
简单扩张式消声器是现在工业中广泛采用的一类抗性消声器。
简单扩张式消声器依据管道中声波在截面突变处发生反射而降低噪声，其结构简单，有较好的消声能力，常应用于消声能力不大的场合。
穿孔管消声器的消声能力优于简单扩张式消声器。
大穿孔率（35%）穿孔管消声器由于它的消声性能良好而又解决了简单扩张腔的流动阻力损失过高的问题而得到了广泛应用。
本文在应用Mechel公式基础上，运用SYS-NOISE软件对穿孔管消声器及简单扩张式消声器的传递损失进行有限元计算［2，3］，得出两者的传递损失对比曲线图。
同时，应用Fluent软件［4］，得出两者内部速度及湍动能图，并绘出两者阻力损失对比曲线图。
本文通过对两种消声器的声学和流体动力学特性的总体对比，给出了两种消声器各自优缺点，并深入探讨了形成原因，为工业消声器选用提供了建议。
穿孔消声器声学性能较好，且随着穿孔率的增大，声学性能下降，但是流体动力学特性随着穿孔管穿孔率的增大而显著提高。
简单扩张腔消声器可以理解为穿孔率为100%的穿孔管消声器。
工业上选用消声器要综合考虑消声器的声学和流体动力学两方面的因素。
1有限元模型1.1消声器物理模型设定两种消声器具有相同的扩张腔尺寸，扩张比m=4。
穿孔管壁厚为1mm，小孔半径8mm，孔间距23.96mm，穿孔率为35%。
1.2消声器声学有限元模型1.2.1网格划分忽略消声器壁面对消声器内部声场影响，仅对消声器内部空腔部分建模。
采用Hypermesh软件来建立消声器模型并网格划分，将划分好的网格导入到Sysnoise中计算传递损失。
其中，不需要将穿孔消声器的小孔网格画出，可以使用Mechel公式计算得到的声阻尼作为穿孔壁面的边界条件［5］。
1.2.2边界条件①入口边界条件：入口施加单位速度激励。
简单扩张式消声器与穿孔管消声器对比研究袁翔，刘正士，毕嵘（合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009）摘要：在汽车噪声中，发动机排气噪声是主要的噪声源之一，而使用排气消声器则是降低发动机排气噪声的最有效途径。
扩张室工消声器气流噪声的试验研究
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基本 噪 声 。 图 ２ 表 示连 接 消声 器 时 管路 的频 率特 性 流 ｂ 速在 ３ Ｏｍ／ 时 ，在 ２ ０Ｈ ｓ ５ ｚ左 右 的低 频 区和 高 频 区 ，
验实测的结果往往相差甚远。近十几年来 国内外一 些 专 家 又提 出用存 在气 流 时 声 学结 构 的传 递 矩 阵 ， 使 理 论计 算 结果 与试 验 结 果 更 为接 近 但 气 流速 度 对扩 张 室式 消声 器消声性 能 的研 究报道很 少 为 此 ，本 文进 行 了 大量 试 验 ，以探 讨在 有气 流 的 条件 下 ，扩 张室 式 消声 器 的 腔 室直 径 、 腔 室长 度 、尾 管 直径 以及连接管形式 的变 化对消声器消声效果的影 响，有利于指导消声器的设计研 究工作
关键 词 ： 声器 消 气流 噪声
中围分类号 Ｋ １ ６ Ｔ ４Ｉ
０ 前 言
排气消声器作为一种最有效、最简单的降低噪 声 的 方法 已得 到 了 广泛 的应 用 于 消 声 器 的 理 论 关
和 应 用 方面 至 今 也 已做 了许 多 有成 效 的研 究 。对 于 扩 张 室式 消 声 器特 性 的理 论研 究 ，大 都基 于 无 气流 通 过 的条件 ，因 而根 据 上 述理 论计 算 出 的结 果 和 试
单腔扩张式消声器的模态分析及结构改进
消声器 是降低 内燃 机排 气 噪声 的重 要 部件 ， 其 性 能好 坏直 接影 响发 动 机 噪声 的大 小 和 功 率 的损 耗 。扩张 式 消 声 器 由 于 其 结 构 简 单 ， 于 加 工 制 易
Байду номын сангаас
造 ， 消声 量 高 ， 泛 用 于 内燃 机 和 各 类 机 动 车 辆 且 广
２ 模 态 分 析 的 基本 理 论
模 态分 析是 确定 结 构振 动 特性 （ 固有频 率 和 振
型） 的一种 技术 ， 也是动 力学 分析 的起 点 。对 于一 个 Ｎ个 自由度 的线性定 常系统 ， 其基 本振 动方程 为 ］ ：
１ 消声器的有限元模 型
本 文所取 的扩 张式 消 声 器 的 基 本 结 构 参 数 是
⑥ ２ １ Ｓｉ ｅｈ Ｅ ｇｇ ０ ０ ｃ Ｔ ｃ． ｎｎ． ．
单 腔扩 张 式 消声 器 的模 态 分析 及结构 改进
张 宇 李 珊
（ 明理 丁 大 学机 电工 程 学 院 ， 明 ６ ０９ ） 昆 昆 ５０ ３
摘
要 消 声器作 为摩 托车 的一部分 ， Ｄ ９ 以 Ｙ ０摩托 车消 声器为例 ， 利用 Ａ Ｓ Ｎ ＹＳ软件 建立 了消声器 的有 限元模 型 ， 并进
噪声 的 同 时 由于 受 到 各 种 激 励 ， 自身 也 会 产 生 振 动 。消声器 本 身 的 振 动 不 仅 仅 会 带 来 噪 声 而 且 还 会在 一定 程 度 上 影 响 到 消 声 器 的 消 声 质 量 。 因此 对消声 器 自身结构 的研究 和改进是 很有 必要 的。
按照 Ｄ ９ Ｙ ０摩 托 车 消声 器测 量 得 来 的 ， 消声 器 的进 口和 出 口直径 均为 １ ｍ， 张 腔 的直 径 和长 度分 ８ｍ 扩
扩张式消声器消声特性理论研究和实验分析
ｗａｖｅ ｆｏｒｍ．Ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｆｆｌｅｒ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｍｅｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｍｕｆｆｌｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｃｏｕｓｔｉｃｓ；Ｓｙｓｎｏｉｓｅ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｍｕｆｆｌｅｒ；ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ
３）对原有结构改进的有限元分析中可知，改进 后消声器的消声特性明显优于原有结构。从而表明 双扩张式消声器消声特性优于单扩张式的；并得出 消声器的扩张比是影响消声器消声特性的主要参 数，而消声器扩张腔长度、直径大小、入口腔和扩张 腔间圆角大小、人口和出口轴线的错开多少都不同 程度地影响消声效果，为进一部改进设计奠定了基 础。
第１期
蹒１ 单扩张式消声器漓声特性的瑷论分析曲线豳
出现后，消声腔消声作用已大大降低，易形成径向平 面波，一维平西波翡分拼结果就不准确，使消声器消 声分析在高频失效。
２基于有限元的仿真分析
由于以上理论分析方面存在一定缺陷，而有限 元三维数值仿真解法只要处理好边值问题，在求解 域蠹可以较耩灌地算出复杂清声器声学模型在任俺
扩张式消声器消声特性理论研究和实验分析
１０５
文章编号：１００６—１３５５（２００８）０１－０１０５－０３
扩张式消声器消声特性理论研究和实验分析
张晓龙，李功宇
（昆明理工大学机电工程学院，昆明６５００９３）
摘要：对某工业消声器进行了理论研究和实验分析，通过分析试验得到这类消声器的消声特性，指出在实际
汽车扩张式排气消声器传递损失仿真分析及优化
集宁师范学院学报/ Sep.2020 / No.5 汽车扩张式排气消声器传递损失仿真分析及优化陈应航（蚌埠学院机械与车辆工程学院，安徽蚌埠233000）摘要：发动机排气噪声是影响汽车乘坐舒适度的一项重要指标。
为研究排气消声器传递损失对其消声性能的影响规律，建立声学有限元模型计算消声器传递损失曲线，并在单级扩张腔消声器腔壁添加玻璃棉内衬对消声器进行优化。
研究结果表明：单级扩张腔消声器随着频率增大声学性能越来越好，纵向共振会引起消声器传递损失曲线图的四个骤降，导致消声效果不佳。
添加玻璃棉吸声内衬可提升单级扩张腔消声器消声效果，骤降依然存在，但总体频率越高衰减趋势变大。
本文可为消声器声学性能提升设计提供理论指导。
关键词：汽车发动机降噪；排气消声器；声学性能；传递损失；玻璃棉内衬中图分类号：TH122 文献识别码：A 文章编号：2095-3771(2020)05-0015-05国际DOI编码：10.3969/j.issn.2095-3771.2020.05.0041 引言随着城市交通业的发展，汽车作为一种重要的交通工具，人们对其要求也是越来越高。
消费者希望购买的汽车不仅具有较好的经济性和动力性，更具有良好的乘坐舒适性[1]。
汽车噪声是影响汽车乘坐舒适度的一项重要指标，在众多噪声源中发动机噪声对整车噪声影响最大，而在发动机噪声中发动机排气噪声占比最大。
为达到汽车降噪的目的，无数工程师和相关研究人员投入了大量的时间和精力，致力于汽车排气系统降噪的研究工作[2]。
传统的对汽车进行噪声控制是从改进发动机内部结构入手，但该方法开发周期长、生产成本高、技术难度大。
目前采用最多的处理方法是在汽车发动机排气管上安装消声器。
消声器内部结构比较复杂，进气系统尺寸较大，形状不规则，内部声场和流场都是三维的。
传统的设计方法不仅时间长花费高而且很难达到较高的精度，运用专业三维有限元软件对消声器进行数值计算可以弥补这个缺点[3]。
某冰箱压缩机消声器消声特性的有限元分析
某冰箱压缩机消声器消声特性的有限元分析作者：加西贝拉压缩机有限公司常利伟摘要本文在一定的基本假设的前提下，合理处理进出口及壁面的边界条件，建立了消音器内部声场的三维有限元模型，对某冰箱压缩机消声器的消声性能进行了仿真计算，分析了不同结构参数对消声器传递损失的影响。
为冰箱压缩机消声器的设计、评价提供了帮助。
关键词: 声学有限元消声器传递损失冰箱压缩机的噪声是衡量压缩机品质的主要指标之一。
压缩机可分为机械噪声，电磁噪音以及空气动力噪音。
在压缩机噪声成分中有相当部分是气流噪声，主要产生在压缩机的进排气端。
一般地，排气噪音较进气噪音弱，所以针对压缩机的空气动力噪音的研究以吸气噪音为主，因此消声器的设计与优化是降低压缩机噪声的有效途径。
[2]传递损失是衡量消音器声学性能的一个重要指标。
相关的研究方法有FEA、BEA、四端参数传递矩阵等多种方法。
其中传递矩阵限于平面波传播，只能对消声器内部声场做近似的理论分析。
对于结构比较复杂的消声器，采用数值计算方法有限元法或边界元法显得更有效。
有限元计算精度比边界元好。
本文采用有限元法。
[2]由于消声器声场结构比较复杂，在建立消声器声场有限元模型时必须进行合理的假设，并在声场边界上加上相应的边界途径，计算出消声器入口和出口的声压，进而求得消声器的传递损失。
本文运用仿真分析软件Vitual. lab 的Acoustics 声学模块进行了声学有限元分析，分析了不同的结构参数对消声器传递损失的影响，为提高压缩机消声器的声学设计提供了有益的帮助。
1 理论模型1.1 基本假设[1]（1）介质为理想流体，即介质中不存在黏性，声波在介质中传播没有能量损耗；（2）介质在没有声干扰时其速度为0，介质是静态的（即认为流体本身的流速和声波的传播速度相比很小可以忽略不计），且介质是均匀的（即介质中静态压强和静态密度不变）；（3）声传播是绝热过程，即介质与毗邻的部分不会由于声传播引起的温差而产生热交换；（4）介质中传播的是小振幅声波，介质中各种声场的参数都是一阶微量，可以用线性波动方程来描述。
结构参数对扩张式消声器消声性能影响的数值分析
摘 要 ： 张 式 消 声 器 具 有 结 构 简 单 、 本 低 廉 、 声 性 能 良好 等优 点 ， 泛 应 用 于 汽车 进 排 气 系 统 噪 声 控 制 ， 对 其 扩 成 消 广 为 消 声 性 能 进行 深入 分析 ， 用有 限元 数 值 仿 真 方法 ， 细讨 论 了结 构 参 数 对 消 声性 能 的 影 响 。 应 详
Ａｔｅ ａ ｏ Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｆＥｘ ｎｓｏ ｕ ｅ ｓ ｔ ｎｕ ｔ ｎ ｒ ｏ ｍ ｎ ｅ ｏ ｐａ ｉ ｎ Ｍ ｍ ｒ ｉ
ＸＵ ｉ ，ＬＩ Ｚｈ ｎ ｈｉ ， Ｌｅ Ｕ ｅ －ｓ ＢＩＲｏｎ ｇ’
（ ． ＶＲ，Ｈｅｅ ｎｖ ｒｉ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｈｅｅ ３ ０ ９， ｈｎ １Ｉ Ｓ ｆｉＵ ｉｅｓｔ ｏ ｃ ｎ ｌｇ ｙ Ｔ ｆｉ２ ０ ０ Ｃ ｉａ；
法 、 验 公式 法 、 递 矩 阵 法 、 经 传 数值 仿 真 方法 等 。随
起声波传 播 方 向的改 变 ， 透射声 波减 弱 ， 而达 到 使 从 消声 Nhomakorabea目的 。
单 节扩 张室 的消 声量可 以用 下式计 算［ ： ｚ －
着 计 算 机和 软 件 技术 的发 展 ，仿 真 方法 因其 速 度
扩 张 式 消 声 器 是 抗 性 消 声 器 最 常 用 的 结 构 形
道 横 断面 的扩张和 收缩 引起 的声 波反 射与干 涉来进
式 ［ 。 要 用 于 消 减 中 、 频 噪 声 ， 泛 应 用 于 汽 ３主 ］ 低 广 车 进 排 气 系统 噪 声 控 制 。 因此 研 究 和 分 析 扩 张 式
快 、 度 高 、 期短 、 本 低 等 优 点 已经 成 为 工 程 精 周 成 应 用领 域 的重 要 方法 …。 于 有界 空 间 声学 仿 真 问 鉴
扩张式消声器消声特性理论研究和实验分析
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图２单扩张式消声器消声特性有限元分析曲线图 部分频率处的声蘧云纹圈如图３。
图３单扩张式消声器２００｝院、２８５ＨＺ、４６０ＨＺ、５９０ＨＺ频率处的声压云纹图
出图ｌ、图２可知：在整个分析频率范围内， ＳＹＳＮＯＩＳＥ软件分析结聚和理论计算结果基率吻 合，从而验证了有限元分析的有效性。而由图３中， ２８５Ｈｚ积５９０Ｈｚ两个通过频率时腔内的声压分布 銎。颜色表示声压幅值大小，红色最大，蓝色最小。 可见，这种腔内存在的并不是轴向平面波，而是形成 了经囱乎露波。即使是平葱波，也与篱单扩张蕴的 不一致。对予这种消声结构的消声量，目前并没有 理论解，要用声学计算软件对其消声性能进行研究。
扩张式消声器消声特性理论研究和实验分析
１０５
文章编号：１００６—１３５５（２００８）０１－０１０５－０３
扩张式消声器消声特性理论研究和实验分析
张晓龙，李功宇
（昆明理工大学机电工程学院，昆明６５００９３）
摘要：对某工业消声器进行了理论研究和实验分析，通过分析试验得到这类消声器的消声特性，指出在实际
中，此类消声器声波不是严格按照一维平面波形式传播。对此消声器进行了改进，提高了其消声性能，解决了此消
６ 结语
１）原扩张式消声器消声特性理论分析和有限 元仿真结果基本吻合，但有限元分析更贴近实际。
图５改进为双扩张式消声器消声特性曲线图
两者存在差异的原因有：一方面理论公式是在一定 假设条件下建立，具有一定的前提和一定程度的近 似；另一方面有限元运算在整个分析当中，参数的设 定考虑了实际问题。
２）从插入损失计算结果来看，消声器消声特性 的计算与试验结果，两者基本吻合。
４）改进后的消声器无论是从消声量上，还是从 消声的频率特性上来看，都得到了很大的改善，大大 地提高了消声效果。
基于SYSNOISE的排气总管声学特性仿真分析
Internal Combustion Engine & Parts
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1900Hz 高频段内，B1 排气系统的消声量远远的大于 B0的。 传递损失曲线对比充分说明了排气总管长度对于整
个排气系统的消声效果起着极其重要的影响，尤其是在高 频段消声效果表现的尤为突出，但对于中低频范围内某窄 频率段下噪声出现消声效果不理想的原因是排气管内低 频噪声发生共振，气柱噪声显著增加。所以说在有限的空 间布局下排气总管长一点的消声系统对降噪更为有利。
关键词院排气系统曰有限元法曰声学特性曰传递损失曰试验研究
0 引言 内燃机排气系统噪声是汽车最主要的噪声源之一，目 前降低内燃机排气噪声最有效的方法就是使用排气消声 器[1]。排气系统中的排气总管对排气消声性能也起着极其 重要的作用，但针对排气总管消声性能的具体研究做的很 少，只是凭借经验与消声器进行匹配。因此，对汽车排气总 管做声学特性分析，能够为排气系统消声性能的预测和优 化设计提供依据，对降低汽车噪声，缓解城市噪声污染有 着重要意义。 1 有限元声学分析模型的建立 4100QB 发动机是直列 4 缸水冷自然吸气式柴油机， 最大输出功率 58.8kW，排量为 3.298L[2]。与之所匹配的是 一款全金属结构圆柱形的抗性消声器，中低频消声效果较 好 ，采 用 了四 级 不 同 结 构 的 消 声 腔 组 合 形 式 而 成 ，且 各 腔 的长度不同从而避免存在通过频率；用 ANSYS 软件对该 排气消声系统（消声器和排气总管）按照实际参数进行整 体的有限元模型建立。图 1 所示为排气消声系统三维有限 元模型结构透视图。
（a）模型 A0 和 A1 的传递损失对比
（a）模型 A1 和 A2 的传递损失对比
（b）模型 B0 和 B1 的传递损失对比 图 3 不同长度支管模型的传递损失对比
一种可自主调频的扩张腔消声器
一种可自主调频的扩张腔消声器作者：牛凯强吕海峰韩彦南来源：《现代电子技术》2016年第22期摘要：传递损失是消声器的固有特性，是评判消声器消声性能的重要因素。
采用有限元分析法对有插入管的扩张腔消声器传递损失进行研究，指出扩张腔消声器入口插入管与出口插入管之间的相互影响。
设计相关实验验证了仿真分析的正确性。
根据进出口插入管之间的关系，设计一种可自主调节扩张腔位置来调整插入管长度的结构。
调整扩张腔到不同位置的消声器做仿真分析，仿真结果表明，通过该结构的自主调节，实现了扩张腔消声器消声频率的实时调节。
提高了该类型消声器的消声效果和消声频率宽度。
关键词：扩张腔消音器；传递损失；有限元仿真；可调频中图分类号： TN61⁃34； TU112.3； TH12 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X （2016）22⁃0108⁃00 引言消声器是一种在允许气流通过的同时又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置，它主要应用于机械设备的进、排气管道或者通风管道的噪声控制。
消声器的种类很多，按其减噪原理主要分为阻性消声器、抗性消声器和复合式消声器。
消声器的声学性能的优劣，是根据消声值的高低和消声频率的宽度来衡量的。
扩张腔消声器是比较常见的抗性消声器之一，因其结构简单，便于加工制造且消声效果较好得到了广泛的应用。
它的消声原理是：利用管道的截面突变引起声阻抗变化，使一部分沿管道传播的声波反射回声源；同时，通过腔、室和内接管等尺寸的变化，使得向前传播的声波与不同管截面上的反射波之间产生的相位差发生相互干涉，从而达到消声的目的[1]。
传统的扩张腔消声器消声频率比较宽但是消声效果一般，带有插管的扩张腔消声器虽然在固定频率内提高了消声值，但是其消声频率宽度又比较窄。
本文在此基础上提出了一种可自主调节插入管长度的扩张腔消声器。
传递损失是消声器本身所具有的特性，在消声器设计以及数值计算时，用传递损失来作为评价标准特别方便[2]。
两出口扩张腔消声器特性研究
两出口扩张腔消声器特性研究摘要：本文主要研究了两出口消声器声学与流体力学特性问题。
采用三维有限元分析方法分析了两种结构形式的消声器在声学特性和流体力学特性上的表现。
结果表明两出口扩张腔消声器在高频范围内对高次波消声效果良好，但进出口的压降却大于经典扩张腔消声器，随着两出口偏移距离的增加，压力损失越大。
关键词：消声器、扩张腔、两出口、传递损失、压力损失汽车工业发展至今，人们对汽车的使用要求不再局限于满足出行要求，较小的噪音和良好乘坐舒适性成了驾乘人员对车辆的新要求。
城市环境中由于车辆而产生的噪声污染成了城市环境治理中的一个突出问题[1][2]。
传统燃油车所产生的噪声中，发动机贡献的噪声比较大，常规的汽车降噪手段是加装排气消声器。
汽车上使用的消声器一般由多个消声子结构组合而成，每个子结构有不同的消声特性。
对此学术界在子结构特性研究方面做了大量工作[3]。
张海军等人，在分体气流对消声器压力损失研究方面发现内腔直径对消声器压力损失影响很大[4]。
浙江大学的孟晓宏研究了消声器隔板位置、进出口位置对传递损失的影响，根据结果果对消声器结构参数进行了优化[5]。
本文主要研究两出口扩张腔消声器设计参数对传递损失和压力损失的影响，为消声器设计提供参考依据。
1 模型建立与模型计算因两出口扩张腔消声器与常用扩张腔消声器结构类似，因此本文采取类比研究的方法对其进行建模，如下：图1.两出口扩张腔（左）经典扩张腔结构（右）表1. 两出口扩张腔与经典扩张腔结构参数结构参数两出口扩张腔经典结构扩张腔进口管径45(mm)45(mm)扩张腔直径210(mm)210(mm)扩张腔长度360(mm)360(mm)出口管直径31.82（×2）(mm)45(mm)消声器出口面积1590.43（mm2）1590.43(mm2)针对两出口扩张腔消声器还设计L=25、45、65、85mm模型讨论两出口扩张腔消声器的压力损失情况和参数设计规律。
复杂腔体扩张室消声器消声性能数值计算
复杂腔体扩张室消声器消声性能数值计算
李丰;黄协清;王广庭
【期刊名称】《噪声与振动控制》
【年(卷),期】2004(024)001
【摘要】通常有限元手工编程难以对结构形状复杂的客体进行相应的数值计算.消声器形状复杂,不利于手工编程,故采用有限元软件ANSYS和声学软件SYSNOISE 对该消声器的消声性能进行数值分析.利用ANSYS为消声器建模和分网,并储存分网信息.然后,SYSNOISE软件调入数据,用SYSNOISE计算消声器的传递损失.【总页数】3页(P14-16)
【作者】李丰;黄协清;王广庭
【作者单位】西安交通大学,机械工程学院,西安,710049;西安交通大学,机械工程学院,西安,710049;西安交通大学,机械工程学院,西安,710049
【正文语种】中文
【中图分类】TB53
【相关文献】
1.结构参数对扩张式消声器消声性能影响的数值分析 [J], 徐磊;刘正士;毕嵘
2.内插锥管扩张室消声器消声性能的仿真分析 [J], 黄泽好;袁光亮;谭章麒;刘通
3.方箱式两腔体消声器性能优化研究 [J], 杨志刚
4.高阶声模态对扩张室消声器声学性能的影响研究 [J], 葛隽宇;张杰;郭文亮
5.多腔消声器消声性能数值计算与结构优化 [J], 纪祥飞;李丽君;许英姿;刚宪约;焦学健
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扩张室式消声器声学特性的有限元分析
制接口程序和二次后处理程序读取数据, 计算得到 消声器的传递损失, 验证三维有限元法能很好的满 足消声器的计算要求。文 献 [ 3] 利用 ANSYS 建立 消声器模型并划分网格, 然后导入到 SYSNO ISE 软 件分析扩 张 腔长 度 和扩 张比 变 化对 传 递 损失 的 影响。
本文基于大型有限元软件 ANSYS强大的前处 理功能和专业声学软件 SYSNOISE 出色的后处理功 能, 对扩张室式消声器进行有限元分析, 利用 MAT LAB 丰富的的绘图工具, 绘制从 SYSNO ISE 中提取 的计算结果, 得到传递损失曲线。所做工作有: ( 1) 用一维平面波理论和有限元法计算进 出口管同轴 扩张室式消声器的传递损失并对结果进行对比, 验
关键词: 声学; 扩张室式消声器; 传递损失; 有限元法; 声学特性
中图分类号: TB535; O242. 21 文献标识码: A DO I编码: 10. 3969/ .j issn. 1006- 1355. 2010. 03. 038
Analysis of A coustic Characteristics for Expansion chamber M uffler U sing F inite E lementM ethod
由图 5可以看出, 在低于 1 600 H z时, 一维平 面波理论和三维有限元法 计算结果与试验结 果都 吻合良好; 在 1 600- 2 530 H z期间, 三者存在差别, 但曲线形状相似; 高于 2 530 H z时, 三 维有限元的 计算结果与试验结果仍十分吻合, 而一维平面波计 算结果却相差甚远, 无法近似代替。因此为精确研 究消声器的中高频声学特性可采用三维有限元法。 1. 3 三种消声器声学特性的分析与比较
不同内插管扩张式消声器声学性能分析
不同内插管扩张式消声器声学性能分析潘国培;杨碧君;贺华;王强【摘要】重点介绍带内插管扩张式消声器的声学性能,采用有限元方法计算扩张式消声器的传递损失,分析不带内插管与带内插管扩张式消声器的区别,并且比较不同内插管结构形式对扩张式消声器声学性能的影响.计算表明,无内插管时扩张式消声器存在许多通过频率,在通过频率消声量为零,增加内插管后可以消除某些通过频率.在保证通流面积一定的情况下,采用多个内插管并联结构,在高频时声学性能有较大改善.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2013(033)006【总页数】4页(P177-179,187)【关键词】声学;扩张式消声器;内插管;有限元【作者】潘国培;杨碧君;贺华;王强【作者单位】上海船舶设备研究所,上海200031;上海船舶设备研究所,上海200031;上海船舶设备研究所,上海200031;上海船舶设备研究所,上海200031【正文语种】中文【中图分类】O422.4;TB535+.2扩张式消声器是内燃机排气系统中广泛采用的消声装置，基本结构是由若干声学特性不同的单元联接而成，扩张式消声结构主要借助管道截面积突然扩张（或收缩）产生的反射作用。
其消声量的大小主要取决于扩张比，而消声频率的特性主要由扩张腔的长度和内插管的结构形式决定，不同的内插管结构对扩张消声器的声学性能有着重要作用[1,3,6]。
目前，带有内插管结构的扩张式消声器广泛应用于各种内燃机噪声控制中，各种串联或并联内插管结构型式也是多种多样，不同结构形式和各结构参数对消声器的性能影响也较大，但很少有文献给出不同结构型式消声器声学性能的差异。
消声器声学性能分析方法主要有特征线法和四端网络法（又称传递矩阵法），这两种方法都是基于平面波理论[6]。
其中特征线法计算繁琐且仅适用于结构比较简单的消声器，当消声器的结构比较复杂时，其内部的声波本质是三维的，所以考虑分析高频段高次模式波效应的影响；而基于一维平面波理论的四端网络法分析适用于声波波长远大于管道截面几何尺寸时的情况，不过在扩张室中，截面几何尺寸不一定远小于声波波长，这时扩张室中由于高次波的存在而导致在高频段的计算结果不准确，显然平面波理论无法适用，应采用更加精确的三维理论模型。
汽车排气消声器内部声场的三维有限元分析
汽车排气消声器内部声场的三维有限元分析
陈忠吉;沈颖刚;张韦;翁家庆;范钱旺
【期刊名称】《内燃机》
【年(卷),期】2007(000)002
【摘要】基于有限元理论,运用声学分析软件Sysnoise仿真分析扩张式消声器内部有、无气流存在时的声压分布特性和速度分布特性.结果表明:消声器在低频时,声波以一维平面波传播;在高频时,则以高次谐波形式传播;气流对消声器内部声压、速度分布有较大的影响.
【总页数】3页(P39-41)
【作者】陈忠吉;沈颖刚;张韦;翁家庆;范钱旺
【作者单位】昆明理工大学,云南,昆明,650224;昆明理工大学,云南,昆明,650224;昆明理工大学,云南,昆明,650224;昆明理工大学,云南,昆明,650224;昆明理工大学,云南,昆明,650224
【正文语种】中文
【中图分类】TK413.4
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复杂消声器的三维声学性能数值模拟及其优化设计的开题报告
复杂消声器的三维声学性能数值模拟及其优化设计的开题报告一、课题背景随着工业生产、交通运输和家庭生活等领域的不断发展，环境噪声污染问题也越来越严重。
消声技术是解决噪声污染问题的一项有效手段，其主要目的是通过减弱噪声的传播和反射来达到降噪的效果。
在消声技术中，消声器是最为常用的降噪装置之一。
目前，消声器的设计和优化主要依赖于经验和试验，而这种方法需要大量的人力、物力和时间，且很难保证获得最优的设计方案。
因此，数值模拟成为了消声器设计和优化的重要方法。
随着数值模拟技术的不断发展和成熟，使用数值模拟进行消声器设计和优化具有非常大的潜力和优势。
二、研究内容本研究将重点开展复杂消声器的三维声学性能数值模拟及其优化设计研究，具体内容包括：1. 建立复杂消声器的三维声学模型，并采用数值方法进行声场仿真。
2. 针对消声器设计中的关键问题，如流体动力学特性、耦合效应、材料特性等进行研究和分析。
3. 运用优化算法对复杂消声器的设计进行优化，寻求最佳设计方案。
4. 使用实验验证数值模拟的准确性和可靠性。
三、研究意义本研究的意义在于：1. 通过数值模拟，可以更加深入地了解复杂消声器的声学性能，帮助优化设计方案，提高消声器的降噪效果。
2. 建立可靠、高效的消声器设计方法，减少试验和实验，降低制造成本，提高消声器的竞争力。
3. 为消声器的应用提供技术支持，为环境噪声污染治理贡献力量。
四、研究方法本研究主要采用数值模拟和数值优化的方法。
具体步骤如下：1. 建立复杂消声器的三维声学模型。
2. 采用声学数值方法（如有限元法、边界元法等）进行声场求解。
3. 分析消声器的流体动力学特性、耦合效应、材料特性等，对设计方案进行优化。
4. 采用优化算法（如遗传算法、粒子群算法等）进行设计优化。
5. 结合实验数据进行验证和校准，验证数值模拟的准确性。
五、预期成果本研究预期达到的成果包括：1. 给出复杂消声器的三维声学模型，完成声场仿真和分析。
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收稿日期:2009-06-25;修改日期:2009-08-17基金项目:江苏省汽车重点实验室开放基金资助项目(QC200803)作者简介:刘飞(1984-),男,在读硕士生,主要从事车辆的噪声与振动控制研究。
E -m ai :l ben ri cky .li u @yahoo .co 文章编号:1006-1355(2010)03-0144-04扩张室式消声器声学特性的有限元分析刘 飞1,陆森林1,刘红光1,汪 静2(1.江苏大学汽车与交通工程学院,江苏镇江 212013;2.昌硕科技(上海)有限公司,上海 201319)摘 要:应用有限元法分析进出口管同轴扩张室式消声器的声学性能,计算其传递损失并与一维平面波理论计算对比,分析一维平面波理论的适用范围。
通过分析出口管偏置消声器,双出口管消声器和两腔消声器的声学性能表明:出口管位置和数量影响消声器中高频消声性能,而两腔消声器则能明显改善消声器中低频的消声效果。
关键词:声学;扩张室式消声器;传递损失;有限元法;声学特性中图分类号:TB535;O242.21 文献标识码:ADOI 编码:10.3969/.j issn .1006-1355.2010.03.038Anal ysis of A coustic Characteristics for Expansion -cha mber M uffler U si ng Fi nite E le mentM ethodLIU F ei 1,LU Sen -lin 1,LIU H ong-guang 1,W ang Jing2(1.Schoo l o fAuto m ob ile and T raffic Eng i n eering ,Jiangsu U niversity ,Zhen jiang Jiangsu 212013,China ;2.Chang Shuo Science and Techno l o gy (Shanghai)Co .Ltd ,Shangha i201319,Ch i n a)A bstract :The fi n ite ele m entm ethod is used to ana l y ze the acoustic characteristics of an expansi o n -cha m ber m uffler w it h its i n let and outlet pipes being co -ax ia.l Its trans m ission l o ss (TL)is calcu lated .The resu lt is co m pared w ith that of the one -d i m ensi o na l solutions based on planar w ave theory .The li m -i ta ti o n of one -di m ensional p lanar w ave theory is d iscussed .The acoustic characteristics o f eccentric outl e t m uffler ,doub l e -outletm uffler and double -cavity m uffler are analyzed .The result i n d icates tha t the pos-i tion and the number o f outlet can affect t h e acoustic character istic o f a m uffler for h i g her and m ed i u m fre -quencies ;wh ile the double -cav ity m uffler has h i g h no ise -eli m inati o n efficiency for lo w er and m ed i u m fre -quencies .K ey words :acoustics ;expansion -cha m ber m uffler ;trans m issi o n l o ss (TL);fi n ite e le m entm eth -od ;acoustic characteristic消声器是汽车内燃机排气系统中广泛采用的消声装置,研究开发具有良好性能的消声器,一直成为噪声控制工程中一项重要课题[1]。
扩张室式消声器是利用管道界面的突然扩张(或收缩)造成通道内声阻抗突变,使管道内某些频率的声波不能通过消声器而返回声源,产生反射和衍射现象,从而达到消声的目的。
文献[2]应用ANSYS 程序及相关公式得到消声器的四端子参数,并用m atl a b 编制接口程序和二次后处理程序读取数据,计算得到消声器的传递损失,验证三维有限元法能很好的满足消声器的计算要求。
文献[3]利用ANSYS 建立消声器模型并划分网格,然后导入到SYSNO I SE 软件分析扩张腔长度和扩张比变化对传递损失的影响。
本文基于大型有限元软件ANSYS 强大的前处理功能和专业声学软件SYSNOISE 出色的后处理功能,对扩张室式消声器进行有限元分析,利用MAT-LAB 丰富的的绘图工具,绘制从SYS NO ISE 中提取的计算结果,得到传递损失曲线。
所做工作有:(1)用一维平面波理论和有限元法计算进出口管同轴扩张室式消声器的传递损失并对结果进行对比,验145证有限元法的可靠性;分析一维平面波理论高频失效的原因;(2)研究出口管偏置和双出口管消声器的声学特性,并与进出口管同轴消声器的传递损失比较,考察出口管偏置和双出口管对消声器消声性能的影响;(3)研究两腔消声器的声学特性。
1 简单扩张室式消声器声学特性的分析与比较1.1 进出口管同轴消声器的声学性能建立如图1所示的进出口管同轴消声器网格模型。
图1 进出口管同轴消声器网格模型F i g .1M esh m odel of inlet/outlet muffl er消声器进出口管长度60mm ,直径40mm,扩张室的长度200mm,直径160mm,空气密度Q =1.225kg /m 3,声速c =340m /s 。
当消声器进出口管横截面面积相等时,根据一维平面波理论计算公式[4]计算其传递损失并与三维有限元法[5][6]计算结果对比,如图2所示。
图2 进出口管同轴消声器一维平面波理论和三维有限元法计算的传递损失曲线对比F i g.2T rans m ission loss compar i son o f one -di m ensi ona lp l ane -w ave theo ry and fi nite e le m en tt heory of i n let/outlet muffler由图2可以看出,在低于2000H z 时,一维平面波理论和三维有限元法计算结果吻合良好;在2000-2600H z 期间,两者存在差别,但曲线形状相似;高于2600H z 时,两者计算结果相差甚远,以至于无法近似代替。
1.2 一维平面波理论高频失效分析图3、图4分别为用有限元法计算得到的850H z 和2800H z时消声器内部声压云图。
图3 850H z 消声器内部声压云图F i g .3Sound pressure nephogra m of ins i de m uffler at 850Hz图4 2800H z 消声器内部声压云图F i g.4Sound pressure nephogra m o f i nsi de muffler at 2800H z由图2计算结果对比,一维平面波理论之所以在高频部分失效,是因为当声音频率超过截止频率时,消声器内产生高次波,扩张室内的声波就不再是平面波,所以用一维平面波理论计算的传递损失的结果就不再准确。
由图3、图4声压云图可以看出,频率等于850H z 时,消声器进出口管和扩张腔内部基本是以平面波的形式传播,所以一维解析法与有限元法计算结果相差不大,但频率等于2800H z 时,扩张腔内部出现高次波,各个横截面上的压力不再相等,整个扩张腔内声波似球面波的形式传播,一维平面波理论就不再适用。
如图5所示,为一简单扩张室式消声器一维平面波理论和三维有限元法计算的传递损失与试验结果的对比[7],该消声器进出口管长度100mm,直径48.59mm ;扩张室长度282.3mm,直径为153.18mm 。
扩张室式消声器声学特性的有限元分析图5 简单膨胀腔的传递损失F ig .5T rans m iss i on loss of expansi on -chamber m uffler由图5可以看出,在低于1600H z 时,一维平面波理论和三维有限元法计算结果与试验结果都吻合良好;在1600-2530H z 期间,三者存在差别,但曲线形状相似;高于2530H z 时,三维有限元的计算结果与试验结果仍十分吻合,而一维平面波计算结果却相差甚远,无法近似代替。
因此为精确研究消声器的中高频声学特性可采用三维有限元法。
1.3 三种消声器声学特性的分析与比较图6、图7分别为出口管偏置和双出口管消声器的网格模型。
图6 出口管偏置消声器网格模型F i g .6M esh model o f offseted-outlet muffler图7 双出口管消声器网格模型F i g .7M esh m ode l of double -ou tlet mu ffl e r图8比较了三种扩张室式消声器计算的传递损失曲线。
由图可以看出进出口管同轴消声器在中高频部分,特别是高于2600H z 时几乎没有消声效果,所以同轴消声器在高频部分几乎丧失消声能力。
和同轴消声器相比,出口管偏置消声器在2500H z 以内的频率范围,传递损失曲线几乎不变,但由于出口管与进口管有偏移量,所以在高频处出现共振峰值,消声效果要明显优于同轴扩张腔。
对于双出口管消声器来说,在中低频部分的消声效果与出口管偏置消声器相差不多,在高频部分略优于出口管偏置消声器。
所以出口管位置和数量对消声效果的影响主要体现在中高频部分。
但不管出口管偏置还是双出口管的消声器在3500H z 左右时都出现了消声低谷,而同轴消声器在此频率左右却有一消声高峰,但消声频带很窄。
图8 进出口管同轴、出口管偏置和双出口管消声器传递损失曲线对比F i g .8T rans m ission loss compar i son o f i nlet/outlet mu ffl e r ,o ffseted -outl e tm uffler and double -outl e tm uffler2 两腔扩张室式消声器声学特性的分析建立如图9所示的两腔消声器网格模型。