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。     

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。     

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。     

基于无网格的数值模态匹配法求解消声器声学特性

应用全局弱式无网格方法求解消声器的横向模态,使用模态匹配技术求解其传递损失。计算了圆形穿孔管阻性消声器的横向模态和传递损失,计算结果与解析方法和有限元方法计算结果吻合较好,且节省计算时间。     

全局弱式无网格方法求解消声器横向模态

应用全局弱式无网格方法求解消声器的横向模态,使用径向基函数点插值法离散本征方程,使用伽辽金加权残数法进行数值积分。分别应用全局弱式无网格方法计算了圆形截面,不规则截面以及含有穿孔截面的本征值和本征向量,计算结果与解析方法和二维有限元方法计算结果吻合较好,并且与二维有限元方法相比,全局弱式无网格方法比较节省计算时间。进而分析了支持域的尺寸以及径向基函数中形状参数对计算精度的影响。     

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。     

气流影响下的插入管消声器声学特性的实验研究

在管内气流流速10 m/s-100 m/s范围内,对长径比L/D=3.98的插入管型抗性消声器内部和外部声学特性进行了实验研究。探讨了气流流速大小和消声器结构参数的变化对插入管消声器声学特性的影响,并结合腔内气流涡模态,腔体声学模态和尾管声学模态对插入管消声器的声学特性机理进行了分析。实验及理论分析表明,气流流速对消声器内外声学特性均有明显的影响。气流影响下的插入管消声器声学特性与消声器腔体的声学模态和尾管的声学模态关系密切,而消声器腔内气流再生噪声的涡模态对其声学特性影响不大。     

计及气流影响的小长径比插入管消声器声学特性的实验研究

在管内平均气流流速10 m/s~100 m/s范围内,对长径比L/D=0.6的插入管型抗性消声器内部和外部声学特性进行了实验研究。探讨了气流流速大小和消声器结构参数的变化对插入管消声器声学特性的影响,并结合腔内气流涡模态和尾管声学模态对小长径比插入管消声器的声学特性机理进行了分析。实验及理论分析表明,气流流速对消声器内外声学特性均有明显的影响。与消声器静态特性不同的是,在有气流情况下必须计及腔体内上游插入管气流喷射引发的涡模态。计及气流影响的小长径比插入管消声器声学特性与消声器腔内气流再生噪声的涡模态和消声器尾管的声学模态关系密切,而与消声器空腔本体声学模态无关。     

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。     

双级膨胀腔消声器声学与阻力特性的CFD仿真分析

使用二维轴对称时域CFD法计算双级膨胀腔消声器在无流和有流条件下的声衰减性能,并与实测结果进行比较。由于时域方法在计算中可以考虑复杂气流流动和介质粘性的影响,因而可以比较准确地预测双级膨胀腔消声器的传递损失。基于定常流动模型,使用Fluent软件预测双级膨胀腔消声器的压力损失,CFD计算结果与实验测量结果吻合良好。     

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。     

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。     

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。     

内部结构对充水膨胀腔消声器声学性能的影响

结构声耦合效应对充水消声器的声学性能具有重要的影响,利用频域有限元法,结合二维轴对称结构声耦合数值模型分析消声器内部声场,研究消声器内部插入管和环形挡板对膨胀腔水消声器声学特性的影响。数值研究表明：结构声耦合效应会使传递损失的通过频率和峰值频率向低频移动,并压缩消声频段;插入管的结构声耦合效应导致传递损失曲线出现明显峰值,这与插入管的固有模态有关,增加插入管长度时,其一阶固有频率降低,峰值消声频率向低频移动,这有利于低频噪声的衰减;对比双级膨胀腔消声器,挡板会提高低频消声量,挡板厚度会对低频消声量产生明显的影响,但挡板的位置对低频消声量影响不大。     

基于周期C型共振器的扩张式消声器的声学性能

通过在扩张腔的径向和轴向布置周期性的具有C型共振腔的Helmholtz共振器（Helmholtz Resonators with C-type Resonators,CHR），来提高扩张腔式消声器低频段声学性能，在提出旁支含CHR管道系统声学性能等效计算模型的基础上，采用数值解析法计算该新型消声器的声学性能，且通过有限元法证明理论分析方法的正确性。研究表明：在扩张腔的径向和轴向布置周期CHR可提高扩张腔式消声器低频段声学性能，扩张腔径向和轴向CHR的布置方式及其颈部参数对消声器的声学性能有较大影响。研究结果将为提高扩张腔式消声器低频段的声学性能提供一种新的方法和途径。     

基于模态展开法的二维消声器传递损失分析

运用模态展开法通过求解矩形和圆柱形二维消声器的压力响应函数以及其相应的四极参数，推导了这些消声器模型的传递损失计算模型。采用此模型计算了二维圆柱形消声器的传递损失，并建立了三维有限元模型验证了该模型的正确性。通过与格林函数法比较传递损失能量计算结果，表明在面源尺寸相对较大时，采用该模型具有更高的计算精度。     

冰箱压缩机吸气消声器声学特性分析

采用在压缩机吸气端设置消声器的方法降低冰箱在运行过程中制冷压缩机所产生的噪声。采用Creo 3.0对压缩机吸气消声器进行三维建模,使用CATIA划分网格,运用LMS.Virtual.Lab对内腔无导流管的消声器进行声学传递损失计算。针对无导流管的消声器在压缩机主要噪声频段消声效果不稳定的特征,设计内腔方形导流管、内腔圆形导流管两种消声器,与无导流管消声器进行对比,发现导流管可以提高消声器的消声性能,而导流管的形状也影响消声器的消声性能,圆形导流管比方形导流管有更好的降噪效果。最后通过压缩机整体噪声测试实验,验证上述不同结构消声器在压缩机稳定工况时降噪的对比效果,得出圆形导流管消声器对于整机辐射噪声消声效果好的结论。     

带催化转化器消声器传递损失数值分析

以某小型通用汽油机消声器的设计为例,用声学有限元的方法研究装有催化转化器的复杂结构消声器在外观不变的条件下,内部结构的改变(包括不同位置穿孔板的穿孔率增加和减少、扩张腔腔深的增加)对整个消声器传递损失的影响.用有限元软件ANSYS建模和划分网格,用声学分析软件SYSNOISE进行数值仿真.     

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。