共振式進氣消聲器設計理論及其應用研究.pdf

1、發(fā)動機進氣噪聲大多屬于低頻噪聲，與排氣噪聲相比，在控制技術上具有特殊性：采用常用的擴張腔消聲器（或空氣濾清器兼作消聲器）很難使進氣噪聲得到足夠衰減；且進氣系統(tǒng)與發(fā)動機的充量系數(shù)密切相關，稍有改動就會影響發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。由于共振式消聲器具有結構簡單、良好的消除低頻噪聲的性能和流動損失小等優(yōu)點，因此在發(fā)動機進氣噪聲的控制中得到了廣泛的應用。但由于其頻率選擇性強，在共振頻率附近消聲量很大，偏離共振頻率時消聲量急劇下降，因此，為了節(jié)省時

2、間、減少實驗次數(shù)、提高消聲器設計的成功率，在消聲器設計中，準確估算其共振頻率非常重要。以往常以古典的集中參數(shù)模型為基礎來估算消聲器的共振頻率，由于在建模過程中忽略了連接管和共振腔內(nèi)的質量分布及聲波運動，因而所得公式在估算消聲器的共振頻率時存在一定的局限性，即要求共振腔和連接管幾何尺寸遠小于共振頻率時的波長，連接管體積遠小于共振腔體積等。但在實際應用中，共振式消聲器的容積及腔體結構常常受到客觀條件的限制而不能滿足上述要求，此時，用集中參數(shù)

3、模型估算共振頻率與實際結果往往存在較大偏差，腔體結構、形狀因素對消聲器的共振頻率有著相當大的影響本文首先以聲學理論為基礎，應用數(shù)值計算方法，對在發(fā)動機進氣噪聲控制中常用的、具有矩形截面共振腔的單節(jié)共振式消聲器腔體結構形狀對其共振頻率的影響進行了深入的研究。結果表明：消聲器腔體深寬比變化對其共振頻率有較大的影響。當腔體形狀接近于立方體時，共振頻率最大，腔體深寬比減小或增大，共振頻率均向低頻方向移動；共振腔截面寬高比變化對共振頻率也有一定的

4、影響,但影響不很大。隨著截面寬高比的增加，共振頻率向低頻方向移動，截面形狀愈扁，共振頻率變化幅度愈大。其次，比較了集中參數(shù)模型共振頻率計算式和一維軸向模型共振頻率計算式各自的適用范圍及估算誤差。結果表明：兩公式即使經(jīng)常用連接管長度修正公式修正以后，其計算結果均與三維計算結果存在較大的偏差，偏差大小與腔體深寬比有關。對集中參數(shù)模型共振頻率計算式而言，當深寬比在0.34～1.0范圍內(nèi)變化時，偏差值較小，深寬比小于0.34或大于1.0以后，偏

5、差值逐漸增大，特別是當深寬比大于 3.05以后，其相對誤差達到 88％以上，因此，在腔體深寬比小于 1.0時，用該式估算共振頻率誤差相對較小；對一維軸向模型共振頻率計算式，在深寬比較小時，其計算結果與集中參數(shù)模型接近，隨深寬比增大而逐漸靠近三維計算結果，此時，用該式估算共振頻率誤差相對較小。根據(jù)以上分析結論，在綜合考慮各種影響因素基礎上，針對傳統(tǒng)集中參數(shù)模型共振頻率計算式提出了適合于汽車發(fā)動機進氣消聲器設計的、估算精度較高的連接管長度修

6、正公式，并總結出了進氣消聲器設計的一般方法和原則。為驗證三維有限元理論分析結果的正確性，考查主管中氣體流動對消聲器共振頻率的影響，自行設計并建造了消聲器專用實驗臺，對所得理論分析結果進行了實驗驗證。結果表明：實驗結果與三維有限元理論分析結果吻合較好；無論主管中氣流速度與聲傳播方向相同還是相反，氣流速度對消聲器共振頻率的影響均很小，即使管內(nèi)流速達到50m/s時，所引起的頻率變化量也僅在3Hz左右，因此，盡管在理論分析中未考慮管內(nèi)流速的影響