船用柴油机排气消声器声学及流体特性研究

论文摘要

将消声器安装于柴油机排气系统是降低排气噪声的主要方法。消声器的消声量是评价声学性能的重要指标。表征消声器消声量最常用的是传递损失和插入损失。本文首先建立了消声器内部声学有限元方程的数学模型,同时推导了双进口消声器的传递损失的公式,最后运用SYSNOISE有限元软件对抗性、阻性及阻抗复合式的消声器进行了三维有限元声学性能计算。对于阻性消声器而言,在吸声材料流阻、厚度、消声器的膨胀比不同情况下,对其进行传递损失的计算和讨论。在阻性消声器的基础上,讨论了两种复杂阻抗复合式消声器的消声性能,针对以上两种复杂结构消声器进行四种穿孔结构的探讨,结果表明穿孔率对消声器的消声性能有很大的影响,穿孔率对消声器的消声性能影响主要体现在中、高频段,穿孔管孔径的大小影响主要体现在中频段。传递损失反映消声器本身的特性,而插入损失反映了整个排气系统在内的实际消声效果,即是反映声源、消声器及系统末端三者的综合效果。本文最后对单进单出和双进单出的消声器进行插入损失的计算,计算方法采用直接建模和间接建模两种方法计算。在间接模拟时有限元三维模型不需要建出半圆球体,这样可以使声压达到出口端能够完全透射,利用声传递矩阵的理论对消声器的插入损失进行了间接的模拟。在直接建模时使用精度较高的声学单元FLUID30和FLUID130作为建模单元,在静态条件下建立了消声器的有限元模型,进行直接模拟计算。将间接和直接模拟结果进行对比,吻合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题的背景和意义
• 1.2 柴油机排气噪声
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文主要工作内容
• 第2章 抗式消声器消声性能及流体特性计算
• 2.1 管道内的声波传播理论
• 2.1.1 理想流体介质中的声波方程
• 2.1.2 消声器传递损失
• 2.2 应用有限元方法计算消声器的传递损失
• 2.2.1 膨胀式消声器
• 2.2.2 进气管偏移及排气管结构方式对消声性能的影响
• 2.3 导流环对消声器消声性能的影响
• 2.4 导流环对阻力损失的影响
• 2.4.1 控制方程
• 2.4.2 湍流模型
• 2.4.3 边界条件
• 2.4.4 流场计算仿真结果
• 2.4.5 内部流场的分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 阻性及阻抗复合式消声器消声性能计算
• 3.1 吸声材料的声学性能
• 3.2 附有吸声材料双进口、侧面出口消声器消声性能
• 3.2.1 吸声材料流阻的影响
• 3.2.2 吸声材料厚度的影响
• 3.2.3 膨胀比的影响
• 3.3 阻抗复合式消声器
• 3.3.1 阻抗复合式消声器（一）
• 3.3.2 阻抗复合式消声器（二）
• 3.4 本章小结
• 第4章 复杂结构消声器的插入损失计算
• 4.1 排气消声器的插入损失
• 4.2 传递矩阵参数的介绍
• 4.3 单进单出的消声器插入损失
• 4.3.1 排气管管口辐射
• 4.3.2 排气管不同长度管口辐射
• 4.3.2.1 管口声压辐射云图分析
• 4.3.2.2 排气管不同长度管口辐射对比
• 4.3.3 插入损失间接模拟
• 4.4 双进单出的消声器插入损失
• 4.4.1 替代管五种结构形式
• 4.4.1.1 三种替代管的管口辐射
• 4.4.1.2 替代管四的管口辐射
• 4.4.1.3 替代管五的管口辐射
• 4.4.1.4 替代管管口辐射比较
• 4.4.2 五种替代管的阻力损失
• 4.4.3 插入损失的间接模拟
• 4.4.4 插入损失的直接模拟
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文和取得科研成果
• 致谢