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共振式进气消声器设计理论及其应用研究

阮登芳  
【摘要】:发动机进气噪声大多属于低频噪声,与排气噪声相比,在控制技术上具有特殊性:采用常用的扩张腔消声器(或空气滤清器兼作消声器)很难使进气噪声得到足够衰减;且进气系统与发动机的充量系数密切相关,稍有改动就会影响发动机的动力性和经济性。由于共振式消声器具有结构简单、良好的消除低频噪声的性能和流动损失小等优点,因此在发动机进气噪声的控制中得到了广泛的应用。但由于其频率选择性强,在共振频率附近消声量很大,偏离共振频率时消声量急剧下降,因此,为了节省时间、减少实验次数、提高消声器设计的成功率,在消声器设计中,准确估算其共振频率非常重要。以往常以古典的集中参数模型为基础来估算消声器的共振频率,由于在建模过程中忽略了连接管和共振腔内的质量分布及声波运动,因而所得公式在估算消声器的共振频率时存在一定的局限性,即要求共振腔和连接管几何尺寸远小于共振频率时的波长,连接管体积远小于共振腔体积等。但在实际应用中,共振式消声器的容积及腔体结构常常受到客观条件的限制而不能满足上述要求,此时,用集中参数模型估算共振频率与实际结果往往存在较大偏差,腔体结构、形状因素对消声器的共振频率有着相当大的影响。 本文首先以声学理论为基础,应用数值计算方法,对在发动机进气噪声控制中常用的、具有矩形截面共振腔的单节共振式消声器腔体结构形状对其共振频率的影响进行了深入的研究。结果表明:消声器腔体深宽比变化对其共振频率有较大的影响。当腔体形状接近于立方体时,共振频率最大,腔体深宽比减小或增大,共振频率均向低频方向移动;共振腔截面宽高比变化对共振频率也有一定的影响,但影响不很大。随着截面宽高比的增加,共振频率向低频方向移动,截面形状愈扁,共振频率变化幅度愈大。其次,比较了集中参数模型共振频率计算式和一维轴向模型共振频率计算式各自的适用范围及估算误差。结果表明:两公式即使经常用连接管长度修正公式修正以后,其计算结果均与三维计算结果存在较大的偏差,偏差大小与腔体深宽比有关。对集中参数模型共振频率计算式而言,当深宽比在0.34~1.0 范围内变化时,偏差值较小,深宽比小于0.34 或大于1.0 以后,偏差值逐渐增大,特别是当深宽比大于3.05 以后,其相对误差达到88%以上,因此,在腔体深宽比小于1.0 时,用该式估算共振频率误差相对较小;对一维轴向模型共振频率计算式,在深宽比较小时,其计算结果与集中参数模型接近,随深宽比增大而逐渐靠近三维计算结果,此时,用该式估算共振频率误差相对较小。根据以上分析结论,在综合考虑各种影响因素基础上,针对传统集中参数模型共振频率计算式提出了适合于汽车发动机进气消声器设计的、估算精度较高的连接


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