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1、第23卷第6期振动工程学报Vol.23No.62010年12月JournalofVibrationEngineeringDec.2010汽车消声器声学特性的声传递矩阵分析宫建国,马宇山,崔巍升,金涛(浙江大学化工机械研究所,浙江杭州310027)摘要:根据声传递矩阵法,分析了一种汽车消声器的传递矩阵,计算了该消声器的传递损失。并利用MATLAB软件,分别分析了进气管内伸长度、排气管内伸长度、支撑板间距、穿孔直径、穿孔管壁厚、穿孔管直径对消声器传递损失的影响。结果表明:从总体趋势上看,进气管内伸长度越大,消声器的平均传递损失越大,但内伸长度为30mm时消声器的平均传递损失最大;排气管
2、内伸长度越大,消声器的平均传递损失越大,但内伸长度为30mm时平均传递损失最大。支撑板间距对消声器传递损失影响较小,但当支撑板间距为原始长度时,消声器的平均传递损失最大。穿孔直径越大,消声器的平均传递损失越大。穿孔管壁厚越大,消声器的平均传递损失越小。穿孔管直径越大,消声器的平均传递损失越小。关键词:消声器;传递损失;MATLAB;声传递矩阵中图分类号:TB535+.2文献标识码:A文章编号:1004-4523(2010)06-0636-06进气管内伸长度、排气管内伸长度、支撑板间距、穿引言孔直径、穿孔管壁厚、穿孔管直径对消声器传递损失的影响。随着汽车工业和城市交通的发展,城市汽车保
3、有量日益增加,汽车噪声污染问题越来越突出。据国1声传递矩阵法外资料统计,汽车所辐射的噪声占整个环境噪声能量的75%。因此,汽车噪声是目前环境噪声中最主要1.1基本假设[1]的噪声源。而排气噪声是汽车噪声中主要的噪声源之一,安装消声器是减小排气噪声最简单最有效声波在消声器内部传递时,涉及较多因素,为分[2]的方法。故研制高效实用的消声器一直是汽车噪声析方便,特引入以下假设。控制行业追求的目标。(1)线性化假设消声器的设计方法主要包括有限单元法、边界假定伴随声波随时间变化的量都是小量,忽略单元法、声传递矩阵法。有限单元法在消声器设计中上述变量的高阶小量,故消声器内部的传播规律可应用较多,
4、尤其是复杂腔体消声器。但是,消声器一以用线性化波动方程表示。旦进行结构改进,整个声场分析都要重新开始。因(2)无损耗假设此,该方法的重复性工作较多,计算周期较长。边界假定声波在消声器内部传递过程中,声能不会单元法还不够成熟,求解误差较大,此方法应用较透过管壁向外辐射,也不存在粘滞性和热传导等因少。声传递矩阵法适用于形状相对简单、较为规则的素引起的声吸收。即声波在消声器内部没有能量的结构。该方法首先将消声器分解为若干个消声单元,损耗。然后计算各消声单元的传递矩阵,再根据各消声单(3)均匀流动假设元的串并联关系,得到的传递矩阵即为消声器的声假定气流沿管道横截面各处流速相同,即气流传递矩阵
5、。在消声器结构改进中,采用软件编程,只在消声器内部均匀流动;并设气流速度与声速比值需改变某些参数就能实现消声器的结构改进。所以,M(马赫数)为小值。该方法的重复性工作较少,计算周期较短。(4)均匀参数假设本文根据声传递矩阵法,对一种汽车消声器的假定静压、介质密度、温度以及声速等反映介质传递矩阵进行分析,根据得到的声传递矩阵计算消特性的参数沿轴向各处相同,故这些参数按实常数声器的传递损失。并利用MATLAB软件,分别分析处理。收稿日期:2010-08-05;修订日期:2010-10-15第6期宫建国,等:汽车消声器声学特性的声传递矩阵分析637(5)平面波假设klcklcos2js
6、in21-MS1-M假定管道内沿轴向传播的声波近似为平面波,T1=Sklkl即沿管道横截面上声压和质点速度等参数相同。jsin2cos2c1-M1-M1.2分析方法(4)3式中为介质密度(kg/m);c为声速(m/s);S为由平面波假设,沿管道系统截面上的声学状态2直管的横截面积(m);k为波数,且k=2f/c,其中,可以用声压p以及体积速度U两个状态参数来表f为频率(Hz);l为直管长度(m);M为直管内气流示。由线性化假设可知,消声单元两侧界面上的状态的马赫数;j为虚数单位。参数是线性相关的。对于一个消声单元,由一侧的状态参数可以确定另一侧的状态参数,故任意给定单2.2直管
7、突变截面的声传递矩阵[2,3]元的特性相当于一个四端网络,如图1所示。对于直管收缩式突变截面,其传递矩阵如下式根据四端网络的计算原理,可得入口声压p1、体[2]积速度U1与出口声压p2、体积速度U2的关系如下式所示所示2Ma1(1-)cT21=Sa(5)p1=Ap2+BU2(1)01U1=Cp2+DU2对于直管扩张式突变截面,其传递矩阵如下式若用矩阵表示,如下式所示[2]所示p1ABp2p2==T(2)-2Ma1U1CDU2U21c1-T22=Sa(6
