消声器中频声学性能的计算测量方法

传统的消声器声学性能计算和实验测量都是在消声器进出口管道作为平面波声场的条件下进行,当进出口管道内出现有高阶模态激发的三维声场时,这些计算方法和实验测量方法就不再适用。由此,采用消声器进出口管道内加径向隔板的方法来计算消声器的声学性能,当原来管道声场中出现高阶模态时,仍然可以用平面波方法计算消声器的传递损失。应用该方法对进气滤清消声器进行传递损失数值计算,在原来进出口管道的平面波声场范围内,计算结果与传统方法计算结果均接近实验的测量结果,验证了该方法预测消声器声学性能的可行性。进而在所设计的消声器中频声学性能实验测试台架上,用声波分解法对阻性消声器进行传递损失测试,实验测量结果和有限元仿真结果也吻合良好。     

基于管道声模态的消声器传递损失计算

传递损失是评价消声器声学性能的一个重要指标。提出了一种方法—管道声模态法代替传统方法估算传递损失。对进出口截面积较小的消声器进行计算和检验,与传统方法比较,结果基本吻合,且过程简单,提高传递损失的计算效率。对进出口截面积较大的消声器,中高频段由于大量高次波的出现,传统方法失效;但低频段管中声波以平面波为主,其结果与传统法一致。因此可以采用管道声模态法快速估算传递损失。     

《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。     

消声器中高频传递损失计算的有限元-模态匹配混合方法

提出了有限元-模态匹配混合方法用于计算消声器中高频传递损失,将消声器进出口面上的节点声学量展开为模态叠加的形式并代入有限元方程,以本征函数为权系数对进出口面上的声压进行积分,从而建立起以内部节点声学量和进出口模态幅值系数为未知量的线性方程组。结合边界条件计算得到消声器进出口面上的各阶模态幅值系数,进而得到进出口声功率用于传递损失的计算。分别对抗性和阻性消声器的传递损失进行了计算,验证了有限元-模态匹配混合方法在全频段范围的有效性。     

传递矩阵法的排气消声器声学性能分析

以某型号的汽车排气消声器为对象,研究其声学性能。由传递矩阵法划分消声器的基本消声单元,并分析消声单元的传递矩阵,得到消声器总的传递矩阵,从而建立该消声器的声学模型。应用Matlab软件编程计算得到消声器的传递损失频率特性。应用有限元仿真软件Fluent和Sysnoise对消声器进行仿真计算,得到准确的传递损失频率特性。通过比较两种方法得到的结果,验证基于传递矩阵法建立的声学模型的准确性,为消声器的优化和改进提供依据。     

复杂结构消声器消声特性的数值分析及结构优化

由于复杂结构消声器的内部声场比较复杂，平面波理论无法准确预测其分布，为了计算复杂结构消声器的消声特性，并进一步提高消声器的声学性能，在基本假设的前提下，合理处理进出口及壁面的边界条件。建立消声器内部声场的三维有限元模型，计算消声器的传递损失（TL）。然后，分析了不同的结构参数（隔板位置、内插管位置、进口管位置）对消声器的传递损失的影响，并优化了消声器的结构参数，有效地提高了消声器的消声性能，使得压缩机整机噪声降低了3．2dB，验证了该分析方法的可行性，为复杂结构消声器的设计提供了参考依据。     

运用模态叠加法研究扩张式消声器的传递损失

采用声学模态叠加法建立单腔扩张式消声器传递损失计算模型,然后通过Matlab编程实现单腔扩张式消声器传递损失的数值计算。在此基础上,比较声学模态叠加法、有限元法和基于平面波假定的经典公式法在计算单腔扩张式消声器传递损失上的差别,研究单腔扩张式消声器膨胀段尺寸对传递损失的影响。结果表明,对于平面入射波,声学模态叠加法可用于单腔扩张式消声器各频段传递损失的计算;增大膨胀段的半径能有效提高低频段的传递损失,但对高频段的影响较小;随着膨胀段宽度的增大,传递损失的峰值向低频移动,传递损失最大的频段向高频移动。     

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。     

压缩机消声器消声特性的数值模拟及结构优化

通常平面波理论无法准确地预测复杂结构消声器内部的声场分布，为了提高复杂结构压缩机消声器的消声特性，对其进行了数值模拟。在基本假设的前提下，施加合理的进出口及壁面边界条件，利用ANSYS软件建立消声器内部声场的三维有限元模型，SYSNOISE软件计算消声器内部声场的声压分布以及传递损失：然后，研究了不同的结构参数（隔板位置、内插管位置、进口管位置）对消声器的传递损失的影响，根据分析结果和压缩机的噪声特点，优化了消声器的结构参数，有效地提高了消声器的消声性能，为复杂结构消声器的设计提供了参考依据。     

多腔穿孔管消声器传递损失参数灵敏度分析

传递损失作为穿孔管消声器声学性能的评价指标,可以采用有限元法计算。文章提出数值联合仿真方法计算其传递损失,并与试验结果进行对比验证。进而采用该方法结合正交实验法研究多腔穿孔管消声器传递损失参数灵敏度。研究结果表明,数值联合仿真方法可以准确计算穿孔管消声器传递损失,比传统方法节省2/3的时间。在中频段,进出口管半径、扩张腔半径和第一腔结构参数对多腔穿孔管消声器传递损失影响明显。     

计及气流和线性温度梯度的内插管扩张式消声器理论研究

本文根据消声器在实际工作过程中声管内温度发生变化的特点，推导了考虑气流和线性温度梯度情况下刚性直管的声场传递矩阵，在此基础皮肤人插管扩张消声器等效模型的简化，建立了其声场传递矩阵和插入损失数学模型，并通过验证了验证了正确性。     

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。     

消声器中频声学性能数值预测与实验测量研究

采用有限元法计算内部声场,根据管道声学模态理论分解出模态声波,进而计算出消声器的传递损失。采用相同的原理,通过多传声器声波分解法对简单膨胀腔消声器进行实验测量,实验测量结果与数值预测结果吻合较好,并将消声器传递损失的数值预测和实验测量的有效频率范围拓展到平面波截止频率以上。     

进出口位置对不同形状膨胀腔消声特性的影响

使用有限元法计算椭圆形和跑道圆形截面膨胀腔的声学模态,分析进出口管位置对膨胀腔消声特性的影响。结果表明,同轴膨胀腔的第一个可传播的高阶模态为第3阶模态,出口置于该模态的节线处,可以消除该阶模态的影响,使平面波频段拓宽,膨胀腔的消声性能得到改善。进出口管偏置的膨胀腔,第1阶模态被激发,三维波效应在较低频率出现,中频消声性能变差。     

双腔结构消声器声学性能计算子域耦合方法

提出基于子域划分的耦合方法求解双腔结构消声器声学性能。据结构特点或材料属性将消声器分为不同子域,用数值模态匹配法或三维解析方法求解规则等截面子域结构传递矩阵,用三维数值方法求解非规则渐变截面子域结构传递矩阵,用子域连续条件求得消声器整体矩阵,进而获得消声器传递损失。分别用基于子域划分的耦合方法、三维有限元方法及数值模态匹配法计算典型双腔结构消声器的传递损失。结果表明,基于子域划分的耦合方法适用预测双腔结构消声器声学特性,与数值模态匹配法相比计算效率较高。     

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.