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排气消声器声学性能预测的有限元法研究

徐贝贝  
【摘要】: 消声器是降低内燃机排气噪声的有效措施之-。由于消声器内部声场比较复杂,通常要求使用三维数值方法预测其声学性能。有限元法就是一种高效的数值求解方法,已被广泛应用于消声器声学性能的预测。然而,传统的有限元法还无法被应用于预测具有较高马赫数亚音速流中的声传播问题。为此,本文开展流动介质中声传播的三维有限法和二维轴对称有限元法研究。 针对静态介质和流动介质中内部声学问题的求解,开发消声器声学性能预测的三维有限元程序和二维轴对称有限元程序,阐述其基本原理与数值实施过程。数值算例结果表明,该方法能获得较高的计算精度,适用于静态和流动介质中消声器声学性能的预测。由于传统有限元法在处理大区域、高频声场问题时遇到了计算量和存储量过大问题的限制。为此,本文开展子结构有限元法的研究。 由于穿孔管消声器具有较低的流动阻力损失和良好的消声性能,被广泛应用于内燃机进排气噪声控制。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很好,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。 阻性消声器被广泛用于降低各类装置的进排气噪声。三维有限元法被发展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预测结果与实验测量结果吻合很好,表明了三维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穿孔率、吸声材料的填充密度(流阻率)和吸声材料的厚度对穿孔管阻性消声器声学性能的影响。 为进一步验证本文所开发的有限元程序预测消声器声学性能的正确性,利用两负载法进行无流状态下消声器传递损失的实验研究,实验测量结果与本文有限元预测结果吻合良好,表明本文所开发的数值预测程序和实验测量方法是正确的。


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