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1、公路与汽运总第160期Highways&AutomotiveApplications15穿孔管式消声单元消声性能仿真分析熊驰1,陈永光1,蔡伟明2(1.重庆交通大学交通运输学院,重庆400074;2.漳州职业技术学院汽车工程系,福建漳州363000)摘要:使用消声器是降低汽车排气噪声的最有效途径。文中运用传递导纳理论模拟穿孔管式消声单元,应用Virtual.LabAcoustic对消声单元进行仿真分析,获得了消声单元频率响应函数曲线、传递损失曲线及其声压分布云图,分析了穿孔管式消声单元的消声性能影响规律。关键词:汽车;穿孔管消声器;消声性能;传递导纳理
2、论;仿真分析中图分类号:U464.134文献标志码:A文章编号:1671-2668(2014)01-0015-03随着汽车保有量的增加,汽车噪声对人们工作声压;α3、α6为由声源引起的系数。和生活的不良影响日益严重,噪声也成为衡量汽车在消声器计算中,α3和α6都是零;α1、α2、α4和性能的一项重要指标。发动机排气噪声是汽车的主α5通常通过实验测得,如果穿孔板上的小孔排列是要噪声源之一,减小发动机排气噪声便能控制汽车正方形或六边形,可以通过经验公式获得。噪声污染。减小发动机排气噪声的最有效途径是在如图1所示,声音通过穿孔板的阻抗为排气系统中安装消声器。
3、发动机排气噪声通常是从ΔpZP==RP+j·XP低频到高频的宽频带噪声,在相同工况下,穿孔管消V声器的压力损失大于简单膨胀腔消声器,因而得到式中:Δp为穿孔板两侧的声压差;V为穿孔板后空重要应用。由于穿孔管消声器内外声压不同,气流腔的体积。在穿孔之间来回流动,通过小孔中的气流在声压的ddll作用下作往复运动,使声波与孔径壁面相互摩擦,使一部分声能转化成热能,从而衰减噪声。采用这种结构,消声器具有较好的流体动力性。22aa1传递导纳理论a为孔的半径;d为孔中心之间的距离;l为穿孔板厚度。图1穿孔板示意图设计消声器时,为减小流体阻力和增大消声效果,通常会在
4、消声器内部管壁或隔板上设计许多通在穿孔板的厚度比孔的2倍直径小很多(l<<气孔。这些小孔的存在,使有限元分析变得困难,因4a)时,阻抗的实部RP和虚部XP可以表示为:为划分网格时为保留这些小孔必须把小孔周围的网1ælöRP=8ωηρ1+格划分得非常细致,导致网格质量非常差、网格的单εè2aø1元长度非常小,造成网格数量非常巨大,计算也十分XP=ωρ(1+2Δl)ε复杂。为解决小孔的问题,在建立声学有限元网格式中:ε为穿孔板的孔隙率,即孔的体积与板的体积时通常忽略小孔,在用Virtual.LabAcoustic进行之比;ω为角频率,ω=2πf;η为流体的
5、动态黏性;ρ声学计算时,在穿孔板两边的网格之间通过定义一为流体的密度;Δl为修正项。种传递导纳关系(传递导纳理论)来间接模拟这些小对于如图2(a)所示的正方形,有:孔。通过传递导纳关系建立穿孔板两侧声压和振动2πa速度的线性关系,具体表示为:ε=2dévn1ùéα1α2ùép1ùéα3ùìæaöa=+0.85a1-2.34(0<<0.25)ëvn2ûëα4α5ûëp2ûëα6ûèdødΔl=í式中:vn1、vn2为穿孔板两侧的法向振动速度;α1、æaöa0.668a1-1.9(0.25<<0.5)α2、α4、α5为传递导纳系数;p1、p2为穿孔板两侧的
6、îèdød16公路与汽运2014年1月对于如图2(b)所示的正六边形,有:ìæaöa0.85a1-2.52(0<<0.25)èdødΔl=íæaöa0.668a1-2.0(0.25<<0.5)îèdød图3存在直通穿孔管的消声器结构模型dd/2d/2d/2dd图4存在直通穿孔管的消声器网格模型/2dd180170进气管口声压出气管口声压160圆孔中心ddB150/d压140（a）正方形的排列声130120110100040080012001600200024002800频率/Hz/2d/2图5存在直通穿孔管的消声器声压频率响应函数曲线d35d/2有穿孔
7、管d/2圆孔中心30无穿孔管（b）正六边形的排列B25/d失20图2圆孔中心的排列损递15传这样即有:10évn1ùéβ-βùép1ùé0ù5=+0ëvn2ûë-KβKβûëp2ûë0û040080012001600200024002800式中:β为导纳,β=1/ZP;K为圆管的内外径之比频率/Hz(考虑穿孔板的厚度)。图6有无直通穿孔管的消声器传递损失比较2穿孔管式消声单元仿真分析通穿孔管消声器的传递损失即消声量与简单扩张室为避免由于小孔的存在导致建模后网格划分出的消声效果大致相同;而在较高频率处,其消声量比现问题,运用传递导纳理论进行处理计
8、算。简单式消声器大很多,最大消声量达到35dB,该类取消声器半径R=75mm,长度L=450m
