基于管口声反射特性提高消声器性能的研究

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进、排气噪声是发动机的主要噪声源,安装消声器是控制进、排气噪声的常用方法,消声器一直是研究的热点。从消声器的研究情况来看,人们在消声器内部结构改进上做了大量的研究工作,但出口端对消声器性能的影响没有得到充分重视。声波在管道中传播到管口存在一定的反射特性,使得声波在管口不会全部辐射出去,有部分声波会反射回管内,这一现象有利于提高消声性能,本文研究管口声反射特性对消声器的影响,用于提升消声性能。使用声学软件Virtual.Lab计算消声器性能时,通常将空气特性阻抗代入出口边界定义出口无反射,假设声波在管口全部辐射出去,没有考虑到管口存在的声反射特性。通过计算管口实际的声阻抗率替换空气特性阻抗作为出口边界条件进行计算,使得到的计算结果更合理,能体现管口处存在的声反射。选择常见的共振式消声元件作为研究对象,研究管口声反射对其消声性能的影响。根据管口声反射特性理论,减小管径能增大反射系数,因此提出保持总流通面积相同,将单出口管改为多出口管以减小管径,从而提高消声性能的方法。首先将单出口管增加到双出口管,计算结果和试验结果验证,双出口管相比单出口管整体消声性能有所提升,进一步论证该改进,将双出口管增加至三出口管,结果三出口管相比双出口管整体消声性能又有所提升。研究出口管长度对消声性能的影响,结果显示,管长加长后在低频范围内性能有一定提升,在中、高频范围消声性能出现明显的起伏波动,某些局部频段内管长改变后消声性能得到提升,对此进行了相关的试验验证。受管口声反射的影响,长度不等的双出口管阻抗匹配发生变化,提出研究管长不等的双出口管共振式消声元件的性能变化,结果管长不等的双出口管也具有提升局部频率范围内消声性能的作用。相比之下,若采用空气特性阻抗作为出口边界条件进行计算,无论是保持总流通面积一致增加出口管数量,还是对出口管长度进行改动,所得的计算结果都没有变化,这样无法指导利用管口声反射特性提高消声器性能。在上述研究的基础上,利用管口声反射特性提高某发动机上的消声器性能,该消声器由一个扩张腔和四个共振腔并联构成,主要通过四个共振峰消除噪声,但共振峰之间存在的消声谷,使得某些局部频域内性能不佳,尤其在1250Hz处最为明显。对消声器进行改进,首先保持总流通面积不变,考虑管口声反射将单出口管消声器改为双出口管消声器,提升了整体消声性能。然后利用声反射特性改善1250Hz处的消声效果,通过调整腔外双出口管长度,使该频率点附近的消声性能得到了提高,采用这种措施无需直接改动消声器的内部结构,有效利用了管口声反射特性的优势。进一步提高该消声器性能,在消声器腔体内部加入长度均为30mm的双插入管,使中高频范围内的性能有所提升,但没有消除1250Hz处的消声低谷,为此继续利用管口声反射特性对腔外双出口管长度进行改动,使消声器整体的消声效果又得到提升。利用管口声反射特性使该消声器性能得到明显改善。
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