预测柴油机排气消声器消声量试验方法研究

中心频率
声压级 ,dB
序号
Hz 消声器 空管 插入损失
1
50
93. 5 107. 0 13. 5
2
100
94. 5 115. 0 20. 5
3
200
87. 2 114. 0 26. 8
4
400
61. 4 108. 0 46. 6
5
800
62. 8 110. 0 47. 2
6
1. 6k
59. 9 107. 0 47. 1
文章编号 :1000 - 0925 (2004) 03 - 042 - 04
250073
预测柴油机排气消声器消声量试验方法研究
张新玉1 ,赵振宇2 ,张文平1 ,王芝秋1 (1. 哈尔滨工程大学 ,哈尔滨 150001 ;2. 海军驻哈尔滨汽轮机厂代表室)
An Investigation on the Measurement Method to Predict Noise Attenuation of Diesel Engine Exhaust Silencers
实际工况下 ,发动机排气在消声器入口的温度 为 398 ℃,结合公式 (2) ～ (4) 有 :
f 2
=
C2 C1
f
1
=
20. 05 331. 5
273 + + 0. 61
398 ×0
f
1
= 1. 57 f 1
(5)
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
学特性仅采用理论计算往往是不够的 。因此 ,在研 制消声器时 ,可将理论与试验相结合 ,通过试验对所 设计消声器的声学性能进行验证 ,并以此来优化消 声器的声学设计 。最有效的方法是将所设计消声器 的试验件进行配机试验 ,然而 ,对于船用柴油机排气 消声器而言 ,由于环境条件及试验经费的制约 ,在消 声器装船前一般没有配机试验的机会[1] 。因此 ,探 讨在室 温 或 常 温 条 件 下 对 消 声 器 进 行 静 态 放 声 试 验 ,应用相似准则 ,找出静态放声与配机时高温条件 下消声效果间的规律 ,从而预测柴油机排气消声器 的消声量 ,对消声器的设计研制工作具有实际意义 。
( LfΠC) 1 = ( LfΠC) 2
(1)
式中 ,L 、f 、C 分别为消声器吸声腔长度 、声波频率和 声速 。由于试验模型为 1∶1实物模型 , L 为常数 ,因 此 ,应有 :
C1 = C2 =λ
(2)
f1 f2
上式的物理意义可以理解为 ,消声器结构一旦 确定 ,其有效的消声波长就已确定 。随着温度的升 高及气体声速的不同 ,消声频率也发生相应的变化 。 如果 C1 、f1 对应静态放声试验时的气体声速与消声 频率 ,那么在高温情况下 ,由于气体声速变为 C2 ,取 得同样消声效果的对应频率应为 f2 。依据这一准 则 ,由静态放声试验的各频段消声量推算到高温情 况下 ,得出高温条件下消声器各频段的消声量 ,根据 发动机生产厂提供的发动机噪声谱 ,就可粗略估计 消声器的消声效果 。
用以上试验方法对某船用高速柴油机排气消声 器进行静态放声试验 ,试验现场温度为 0 ℃,试验数 据如表 1 所示 。
图 1 静态放声试验现场布置图
4 数据分析及讨论
4. 1 数据分析
表 1 静态放声试验倍频程数据表( 0 ℃)
中心频率
声压级 ,dB
序号
Hz 消声器 空管 插入损失
1
31. 5
于没有考虑气流再生噪声的影响 ,推算结果与实际
表 3 配机试验倍频程数据表( 398 ℃)
中心频率
声压级 ,dB
序号
Hz 消声器 空管 插入损失
1
50
90. 0 111. 0 21. 0
2
100
99. 1 121. 7 22. 6
3
200
87. 9 110. 2 22. 3
4
400
76. 8 114. 0 37. 2
50. 3 63. 8
13. 5
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63
58. 4 78. 9
20. 5
3
125
59. 4 86. 2
26. 8
4
250
51. 7 98. 3
46. 6
5
500
55. 4 102. 6 47. 2
6
1k
56. 4 103. 5 47. 1
7
2k
55. 9 102. 7 46. 8
8
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54. 3 100. 6 46. 3
ZHANG Xin2yu1 , ZHAO Zhen2yu2 , ZHANG Wen2ping1 , WANG Zhi2qiu1
(1. Harbin Engineering University , Harbin 150001 ,China ;2. Marin office in Harbin Steam Turbine Company)
Abstract :After a white noise signal has been taken as the input of a standard sound source , a static acoustic test is
conducted for a prototype silencer without air flow and at the normal temperature. By using the measured results of acoustic attenuation at the octave frequency bands and the scale principle , the noise attenuation of the silencer on actual temperature may be evaluated accordingly and then the overall noise attenuation of the silencer can be determined. The method is ap2 plied to an exhaust silencer of a high speed marine diesel engine. Through comparing the predicted result of the acoustic testing experiment and the actual test octave frequency band data , it is demonstrated that the present method is effective for the prediction of acoustic performance of engine exhaust silencers.
中图分类号 :TK421. 6 文献标识码 :A
1 概述
消声器的声学与阻力特性是柴油机排气消声器 的两个重要性能指标 。在保证尽可能小的外形尺寸 和阻力损失的前提下 ,追求尽可能大的消声量是消 声器设计的主要目标 。在当今的消声器设计中 ,阻 力计算已有较成熟的方法 ,运用流体计算软件对消 声器流场进行分析计算 ,在设计阶段就可以保证使 消声器结构具有较好的阻力特性 ,并能满足使用要 求 。但由于影响消声量的因素复杂 ,声学理论计算 与实际测得的消声量有较大差别 ,对于消声器的声
3 试验方法及结果
消声器消声量的测量一般可采用传递损失 TL 和插入损失 D 两种测量方法 。由于消声器交验时的 测量方 法 一 般 采 用 工 程 上 常 用 的 插 入 损 失 测 量 方 法 ,静态放声试验时也考察消声器消声量的插入损 失 。用白噪声信号作为标准声源的信号输入 ,用滤 波器保证噪声频率在 20Hz～20kHz 之间 。噪声源置 于隔声罩内 。噪声测量采用 B &K 公司的 2238 声级 计 ,并与数据采集分析仪相联 。试验在空旷场地上 进行 ,背景噪声小于 60dB (A) 。试验布置如图 1 所 示。
第 25 卷 第 4 期
内 燃 机 工 程
Vol. 25 No. 4
2004 年 8 月 Chinese Internal Combustion Engine Engineering Aug. 2004
2004 年第 4 期 内 燃 机 工 程
·43 ·
2 试验所依据的相似准则
本文对消声器进行的静态放声试验采用了 1∶1 实物模型试验 ,消声器模型试验遵循相似准则进行 。 根据相似原理 ,凡彼此相似的现象 ,必定有数值相同 的相似准则[2] 。对于 1∶1实物模型试验 ,消声器试验 件的各腔长度及膨胀比 m 与消声器的实际尺寸相 同 ,不存在几何相似的问题 。从声学相似的角度 ,静 态放声与热态配机试验应满足相似准则[1] :
5
800
77. 4 110. 3 32. 9
6
1. 6k
73. 8 105. 6 31. 8
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3. 15k 72. 8 97. 6
24. 8
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64. 4 77. 0
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线性
100. 6 123. 5 22. 9
A 计权
84. 0 114. 2 30. 2
百度文库
表 2 静态放声试验倍频程数据表( 398 ℃)
·44 ·
内 燃 机 工 程 2004 年第 4 期
上式表明 ,0 ℃放声时消声器在 f1 频率处的消声 量在高温 (398 ℃时) 情况下对应的中心频率应为 : f2 = 1. 57f1 。例如 :在 0 ℃放声时消声器在 31. 5Hz 中心 频率的消声量为 13. 5dB ,推算到高温条件下 (398 ℃ 时) 取得同样消声量的中心频率应为 :31. 5 ×1. 57≈ 50Hz 。用此方法依据表 1 推算出表 2 ,表格中的“空 管”列为发动机生产厂提供的发动机排气噪声谱 ; “消声器”列为安装消声器后的预测噪声谱 ,等于“空 管”列与“插入损失”列对应值之差 。对此两列数据 利用下式进行 A 计权 :
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3. 15k 53. 2 100. 0 46. 8
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6. 3k
38. 7 85. 0
46. 3
线性
97. 5 121. 0 23. 5
A 计权
78. 9 114. 0 35. 1
该型发动机排气消声器的配机试验倍频程数据 如表 3 所示 。
由静态放声推算得出的插入损失与配机试验插 入损失的对比曲线如图 2 所示 。 4. 2 讨 论
摘要 :采用白噪声信号作为标准声源的输入信号 ,在常温无气流条件下对消声器实物模型 进行了静态放声试验 。使用消声器倍频程消声量的测量结果 ,并应用相似准则 ,推算出消声器 在高温条件下各频带的消声量 ,从而计算出消声器的总消声量 。将此方法应用于某一型号船 用高速柴油机排气消声器 ,将通过放声试验推算的结果与实际配机试验的倍频程数据进行对 比分析 ,结果表明该方法用于预测消声器消声量是可行的 。 关键词 :内燃机 ;相似准则 ;静态放声试验 ;消声量 Key Words : I. C. Engine ;Scale Principle ;Static Acoustic Test ;Noise Attenuation
LA
=
10lg
n
∑100.
1 ( L pi
+ΔAi )
(6)
i =1
式中 ,LA 为 A 声级 ,dB (A) ; L pi 为第 i 个倍频带声级 , dB ;ΔAi 为第 i 个频率 A 计权网络衰减值 ,dB 。
如表 2 中所示 ,线性声级和 A 声级插入损失分 别为 23. 5dB 和 35. 1dB (A) 。
收稿日期 :2003206204 作者简介 :张新玉( 1972 - ) ,男 ,讲师 ,主要研究方向为柴油机振动及噪声控制 、船舶特种动力装置 , E2mail :zhangxinyu @hrbeu. edu. cn 。
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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57. 2 94. 3
37. 1
当温度高于 30 ℃或低于 - 30 ℃时 ,声音在空气 中的传播速度为 :
C = 20. 05 T
(3)
式中 , T = 273 + t , K。 当温度低于 30 ℃高于 - 30 ℃时 ,声速可以由下
式计算 :
C = 331. 5 + 0. 61 t
(4)