穿孔管阻性消声器声学特性的有限元分析

将有限元法应用于预测穿孔管阻性消声器的声学性能。直通穿孔管阻性消声器传递损失的有限元计算结果与实验测量结果吻合良好,表明了有限元法预测穿孔管阻性消声器声学性能的适用性和精度。进而有限元法被用于研究吸声材料的填充密度(流阻率)、吸声材料的厚度和穿孔率对穿孔管阻性消声器声学性能的影响,结果表明,增加吸声材料的填充密度,可以改善中高频消声性能,并使峰值频率向低频方向移动;增加吸声材料厚度,可以改善阻性消声器的中高频消声性能,而对低频声学性能影响较小;膨胀腔包覆吸声材料可以改善中高频消声效果,同时消除通过频率;增加穿孔率,可以提高穿孔管阻性消声器的高频消声性能,并使共振峰向高频方向偏移;吸声材料背后增加空气腔,可以在较宽的频率范围内获得较为平坦的消声曲线。     

穿孔管阻性消声器横向模态和声学特性计算与分析

应用二维有限元法计算穿孔管阻性消声器的横向模态,利用数值模态匹配法计算其传递损失,推导了相应的公式并编写了计算程序。对于圆形同轴穿孔管阻性消声器的传递损失,数值模态匹配法计算结果与三维有限元法计算结果以及实验值吻合良好,表明了二维有限元法计算穿孔管阻性消声器横向模态和数值模态匹配法预测消声性能的准确性。进而分析孔径、穿孔率、吸声材料的密度和穿孔管偏移对圆形直通穿孔管阻性消声器横向模态和消声特性的影响。结果表明,孔径减小、穿孔率增大,或者穿孔管偏移量增大均能使消声器有效的平面波区域变宽,高频消声效果变好,但中频消声效果变差;增加吸声材料的填充密度则能提高消声器中高频的消声量。     

多穿孔管板阻性消声器的声学特性研究

应用包含高阶模态声波的二维解析法研究多穿孔管板阻性消声器的声学性能,消声器传递损失的计算结果和实验结果吻合良好.分析了穿孔率和吸声材料的流阻率对阻性消声器声学性能的影响,并且研究了具有组合式阻抗及组合流阻率吸声材料的多穿孔管板消声器的声学特性.结果表明:不同类型的组合式阻抗及组合流阻率的吸声材料对消声器在不同频段的消声性能产生一定影响.     

穿孔管消声器声学特性的有限元分析

三维有限元法被发展用于预测和分析穿孔管消声器的声学性能。直通穿孔管消声器和三通穿孔管消声器传递损失的有限元计算结果与实验测量结果吻合良好，表明了三维有限元法预测穿孔管消声器声学性能的适用性和精度。进而有限元法被用于研究几何结构对三通穿孔管消声器声学性能的影响，结果表明，中间管插入端腔会使共振频率向低频偏移，在三通穿孔管消声器的右侧增加端部共振器能获得良好低频消声效果。     

切向流作用下直通穿孔管阻性消声器传递损失预测

使用考虑涡黏系数的频域线性纳维斯托克斯方程(linearized Navier-Stokes equations, LNSEs)计算切向流作用下直通穿孔管阻性消声器的传递损失，计算步骤为：运用CFD(computational fluid dynamics)方法求解计算域内的时间平均流动变量，然后将变量映射至声学网格；将声传播介质分为空气和吸声材料，后者等效为具有复声速和复密度的流体，使用频域LNSEs计算声场，最后利用平面波分解法计算消声器的传递损失。计算结果与试验测量结果吻合良好，从而证明了计算方法的正确性。通过数值计算分析了切向流马赫数对不同流阻率和穿孔结构阻性消声器传递损失的影响规律。随着切向流马赫数的增加，消声器在低频域的传递损失有所降低，中高频消声性能变化无明显规律可循；切向流对低穿孔率消声器传递损失的影响大于高穿孔率。     

《扩张室式消声器声学特性的有限元分析》

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。     

排气消声器传递损失的实验测量与分析

介绍消声器传递损失的测量方法，包括声波分解法、两负载法、两声源法和脉冲法。在消声器声学性能试验台上采用两负载法测量无流和有流时简单膨胀腔和直通穿孔管消声器的传递损失。测量结果表明：穿孔率对穿孔管消声器低频消声性能影响较小，对中高频消声性能影响较大，增加穿孔率能够拓宽穿孔管消声器的有效消声频率范围；气流对直通穿孔管消声器的声学性能有一定影响，穿孔率越低影响越大，随着流速的增加，低频段传递损失变化不大，高频段的传递损失显著增加。     

部分穿孔管消声器声学性能有限元分析

穿孔管消声器因具有良好的声学性能和较低的压力损失而被运用于消除内燃机排气噪声。通过运用有限元法研究部分穿孔消声器穿孔率、插入长度、周向和轴向穿孔分布、扩张腔直径等设计参数对消声器消声性能的影响。得到如下结论:穿孔率增大、插入长度变短会引起低频共振峰向高频方向偏移;穿孔率增大、扩张腔直径减小都会引起有效消声频率范围的拓宽;穿孔的轴向、周向分布对消声器消声性能没有影响。     

穿孔管消声器消声性能的有限元计算及分析

使用有限元法计算穿孔管消声器的传递损失,并与实验测量结果进行了比较,二者吻合良好。穿孔率 相同而孔径不同的两个穿孔管消声器的传递损失与具有相同直径和长度的简单膨胀腔消声器的传递损失比较表 明,穿孔管对消声器的低频性能影响较小,而对中频消声性能影响很大、对高频消声性能影响有限。     

同轴抗性消声器声学和阻力特性的数值计算与分析

使用三维数值方法计算同轴膨胀腔消声器和直通穿孔管消声器的声传递损失和流动阻力损失，详细研究了进出口管插入膨胀腔内部长度以及进出口的结构形状对消声器传递损失和阻力损失的影响。采用锥形和指数形进出口管、进出口导流环以及穿孔管均能有效地降低流动阻力损失，而对消声器的低频消声性能影响较小，但对中高频消声性能影响很大。     

Boundary element acoustic analysis of hybrid expansion chamber silencers with perforated facing

The substructure boundary element approach is developed to predict and analyze the acoustic attenuation characteristics of hybrid expansion chamber silencers with perforated facing. The silencers are divided into a number of acoustic domains with single medium (air or sound-absorbing material), and treating the sound-absorbing material as an equivalent fluid with complex-valued density and speed of sound (or complex-valued characteristic impedance and wavenumber), and then the boundary element method (BEM) may be applied to each domain leading to a system of equations in terms of acoustic pressure and particle velocity. Using the specific acoustic impedance of perforate, which takes into account the effect of sound-absorbing material, the relationship of acoustic pressures and particle velocities between the inlet and outlet of silencer may be obtained and then transmission loss is determined. For the straight-through perforated tube reactive and dissipative silencers, the predictions of transmission loss agree reasonably well with experimental measurements available in the literature, which demonstrated the applicability and accuracy of the present approach. The BEM is then used to investigate the effect of internal structure on the acoustic attenuation characteristics of hybrid expansion chamber silencers with perforated facing. The numerical results demonstrated that the hybrid expansion chambers may provide higher acoustic attenuation than the reactive expansion chamber in the mid to high frequency range.     

穿孔管消声器横截面模态及消声特性的有限元分析

将有限元法应用于计算穿孔管消声器的横截面模态频率,推导了相应的有限元公式并编写了计算程序。对于圆形同轴结构的模态频率,有限元法计算结果与解析法计算结果吻合良好,表明了有限元法预测穿孔管消声器横截面模态的准确性。之后将有限元法应用于计算和分析孔径、穿孔率和穿孔管偏移对直通穿孔管消声器横截面模态和消声特性的影响。结果表明,穿孔率低于40%时,孔径减小或穿孔率增大均能使(0,1)阶模态频率升高,消声器中频消声效果变好;穿孔率高于40%后,孔径和穿孔率对(0,1)阶模态频率影响较小。对于非同轴结构,平面波截止频率为第2阶模态频率,对于给定的孔径和穿孔率,穿孔管偏移对第2阶模态频率影响较小。     

混合膨胀腔消声器声学性能时域CFD分析

将三维时域CFD法应用于计算混合膨胀腔消声器声学性能。首先介绍了三维时域CFD法的计算原理与过程。接着使用该方法预测了混合膨胀腔消声器传递损失,时域法计算结果与实验测量结果、有限元法计算结果吻合良好。计算结果表明,流阻率对混合膨胀腔消声器消声性能有显著影响。     

均匀流直通穿孔管消声器声学特性预测的有限元法

将有限元法应用于预测有均匀流存在时直通穿孔管消声器的声学特性,推导了考虑运流效应的有限元法计算公式,并给出了声学特性的计算方法和数值实施过程。传递损失数值计算结果表明,随着气流马赫数的增加,消声器中高频的消声量有所增加。为精确预测直通穿孔管消声器的声学特性,流速对消声器内声传播的影响应加以考虑。     

Fast multipole boundary element approaches for acoustic attenuation prediction of reactive silencers

The fast multipole boundary element method (FMBEM) is applied to predict the acoustic attenuation performance of reactive silencers. In order to overcome the difficulty of singular boundaries for the acoustic computation of reactive silencers with internal thin wall structure or/and perforated components, two approaches, the substructure FMBEM (Sub-FMBEM) and mixed-body FMBEM (MB-FMBEM) are proposed, and the theoretical foundations and numerical processes of the both approaches are introduced. The studies demonstrated that the ordering of column vectors and numbering of nodes in the Sub-FMBEM have great influence on the convergence of iteration, and the MB-FMBEM may reduce the number of elements and the computational complexity since it only needs to discretize one side boundary of the thin wall and perforated components and it is not necessary to create the interfaces. The Sub-FMBEM, MB-FMBEM and Sub-BEM are then employed to calculate the transmission loss of reactive silencers with thin wall components and perforated tubes, the computational accuracy and efficiency of the approaches are validated. The data of precomputing time and total iterative computational time demonstrated that, the computational efficiency of Sub-FMBEM will descend as the frequency arising, and the Sub-FMBEM may reveal higher computational efficiency than Sub-BEM only when the number of nodes is big enough.