形状参数对消声器性能影响的数值分析

时间：2025-04-20

形状参数对消声器性能影响的数值分析

2006年6月　　　　　　　　　　噪　声　与　振　动　控　制　　　　　　　　　　　　第3期

　　文章编号:1006-1355(2006)03-0096-03

形状参数对消声器性能影响的数值分析

方忠甫,刘正士

(合肥工业大学噪声与振动研究所,合肥230009)

　　摘　要:通常根据消声器的一些相关计算经验公式,推导出形状参数对消声器性能的影响,但随着消声器结构日趋复杂化,经验公式已经不能够胜任,而且公式的应用往往存在其局限性。随着计算机计算技术的成熟,综合运用专业软件进行数值模拟计算分析,不失为一种好的方法。通过对消声器理论研究,综合运用有限元软件ANSYS和声学软件SYSNOISE软件联合对扩张式消声器进行数值分析,最后将结果运用MATLAB进行直观的表示出来,为消声器设计又添加了一新的手段。

关键词:声学;消声器;传递损失;数值分析;有限元中图分类号:TU112.59+.7　　　文献标识码:A

TheNumericalofabouttheInfluenceofitFANu,(InstituteofSoundand,ofTechnology,Heifei230009,China)

　　Abstract:InonMuffler′sfunctionresultedfromitsshapeparame2

tersonofexperiencedformulas.ButwiththedevelopmentofMuffler,thestructurebecomingmoreandmorecomplicated.Sotheexperiencedformulascanhardlysolveproblems.Besides,theexperiencedformulashavetheirowndeficiencies.Astechnolo2gyofcomputersciencehasdevelopedsoquickly,it′sacommonwaytouseprofessionalsoftwaretoan2alyzetheproblemsandsolvethem.Bystudyingthetheoryofthemuffler,IdosomenumericalanalysisofthemufflerwithexpansionchamberbyuseofFEMsoftwareANSYSandAcousticsoftwareSYS2NOISE,andthenuseMATLABtofiguretheresultout.Thatwillbeanewwaytodesignamuffler.

Keywords:acoustics;muffler;transmissionloss;numericalanalysis;FEM　　随着消声器应用的不断发展,其结构也愈加复杂,有关消声器的传统经验公式和四端网络法在这些问题的处理上也无能为力,显露出其局限性。而随着计算机技术的日新月异,数值计算方法也随之兴起。以有限元法和边界元法为例,它们较传统的方法有着诸多优势,不但适用于任何具有复杂外形的消声器,而解决问题的速度快、精度高,应用更加方便、周期短,因此,数值计算方法被社会广泛接受,尤其是在工程应用领域。同时,相关专业软件的成熟,如ANSYS公司的主导产品ANSYS系列,比利时LMS公司的声学系列软件(SYSNOISE等),为数值计算方法的应用铺平了道路。ANSYS主要提供前处理,分实体建模和网格划分。SYSNOISE主要集有限元技术和边界元技术于一身,进行声场分析[1]。

波理论,消声器的传声损失计算公式为

LTL=10lg1+m-sinkl

4(1)

复杂的各种抗性消声器的理论计算公式均在其基础

上建立的[2]。(限于篇幅,不一一列举)。

式中

m:扩张比;

k:波数=w/c=2πf/c=2π/λ;

l:扩张室长度;

λ:声波的波长。由(1)式可知

当kl=(2n+1)

LTLmax

时,LTL取最大值2

=10lg1+m+

1　消声器性能计算的传统方法

　　以图1单腔扩展式消声器为例,基于一维平面

π时,LTLmin取最小值　　当kl=n

LTLmin=0

当m为定值时,LTL与f的关系如图2所示。

收稿日期:2005208201;修改日期:2005209221

作者简介:方忠甫(1982-),男,安徽芜湖市繁昌县人,硕士研究生,研究方向为低噪声设计与研究。

2　有限元模型的数值分析方法

2.1　研究的意义

形状参数对消声器性能影响的数值分析

形状参数对消声器性能影响的数值分析

2)偏置距离对消声器的影响

注:考虑到偏置在插入管情况下,对系统影响更明显,故取L2=L3=L1/4,仅对输出管偏置分析,其他条件相同不变[3]。

①Loft=0②Loft=R1

③Loft=R2/2④Loft=R2-R1

图　1

　　数值计算的主要方法之一是利用计算机建立有

限元模型,再利用专业的声学软件模拟,进而分析各参数对消声器整体性能的影响,从而为消声器设计提供更多依据。2.2　各参数对消声器性能的影响　　在研究某参数时,其它参数值不变口半径R1=0.03,

125M=17.36(L1=0.33

1)2

m=(R2/R1),R1=0.03

图3　外激振频率

结论:

①在f∈(20,1500)时,出口偏置距离Loffset=R1为的消声器消声效果比其它三种均要好。②随着偏置距离的增加,曲线图差异越大,无偏置和Loffset=R1偏置情况在2000～3000Hz内效果不如其他两种情况,其主要因为在高频段开始出现声波从扩张室中央通过,而偏置越大,发生通过的频段越窄。

③在f∈(1800,3000

)时,零偏置的消声器基本无明显效果。

3)插入管深度对消声器的影响①L2=L3=0

②L2③L2④L2⑤L2

=0,L3=L1/4=L3=L1/4=L1/2,L3=L1/4=L3=2L1/5

m∈[2:2:30]

注:图示描述扩展比为m∈[2:2:30]

图2　外激振频率

结论:

①通过图形可以看出,扩展比对消声器的影响是非常明显的,消声量随着m增大而增大,但是增长率开始下降。

②m达到一定值时D过大,在高频段将出现非平面波。

③在m≥16的情况下,当f≥1500开始出现声波从扩张室中央通过,致使消声量骤降。