多线谱可调频水消声器仿真设计研究

论文摘要

水泵是水管路系统中的主要噪声源之一,且其运行工况变化频繁。本文针对水管路系统中噪声频率不固定情况,研究设计多线谱可调亥姆霍兹共振器对管路系统中脉动压力进行控制。首先以单腔亥姆霍兹共振器为模型,通过声电类比法推出其共振频率与共振器本身各个结构参数的关系式。建立了三种不同结构参数的共振器模型,通过有限元仿真,得出其传递损失与共振频率的关系图。对比分析各结构参数对共振器自身共振频率影响程度的大小,得出共振器颈部横截面面积改变对其共振频率的影响最大的结论。选定以调节共振器颈部横截面面积为调频方案后,本文结合实际加工工艺,按照消声器相关设计要求,设计出合理的调频结构。为了尽量增大亥姆霍兹共振器的消声频带,弥补有效消声频率范围过窄的缺点,文中采用多腔一体共振式消声器的设计方案。设计具有多峰频率响应特性的共振器,使它具有若干不同的共振频率。方案中将共振器多个共振腔同时布置在一个圆柱体内,实现同时对管路中多个不同频率段下压力脉动进行衰减。在上面的理论基础上进行了该方案消声器的结构优化设计,通过模型仿真计算确定共振器的具体的设计参数和结构尺寸,并介绍了该种结构共振器可用的半主动可调频控制算法。进行了亥姆霍兹共振器的调频机构及控制算法的验证实验研究,实验结果验证了调频机构和控制算法的可行性和有效性。最后,为了验证所设计的多线谱亥姆霍兹共振器的可行性和有效性,研制了多亥姆霍兹共振器的试验件,并搭建实验所需的水管路台架,进行消声器性能的实验验证。实验研究结果表明：所设计的多线谱亥姆霍兹共振器是可行的,具有调频效果和良好的消声性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 管路系统振动噪声的理论研究
• 1.2.1 管路系统振动及噪声的描述
• 1.2.2 管路系统内流噪声算法的研究现状
• 1.3 充液管路系统的振动噪声及控制方法
• 1.3.1 传统被动噪声控制技术研究
• 1.3.2 有源噪声控制技术
• 1.3.3 半主动噪声控制技术研究
• 1.4 可调频亥姆霍兹共振式消声器的研究方法及现状
• 1.4.1 可调频亥姆霍兹共振式消声器的优点
• 1.4.2 可调频亥姆霍兹共振式消声器的控制方法
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 消声器性能评价及有限元分析
• 2.1 消声器性能评价
• 2.1.1 声学性能
• 2.1.2 流体动力性能
• 2.1.3 结构性能
• 2.1.4 消声器的总体要求
• 2.2 抗性消声器
• 2.2.1 共振式消声器
• 2.2.2 共振式消声器共振频率的计算
• 2.2.3 单腔共振式消声器的特点
• 2.3 水消声器声学问题的有限元法
• 2.4 本章小结
• 第3章 多线谱共振式消声器的仿真及结构设计
• 3.1 单腔亥姆霍兹共振器各参数的仿真分析
• 3.1.1 改变共振器腔体体积调节共振器共振频率
• 3.1.2 改变共振器颈部长度调节共振器共振频率
• 3.1.3 改变共振器颈部横截而积以调节其共振频率
• 3.2 横截面积可变的颈部结构设计
• 3.3 多线谱共振式消声器模型的建立
• 3.4 多线谱共振式消声器仿真计算及尺寸的确定
• 3.5 多线谱共振式消声器结构设计
• 3.6 多线谱共振式消声器实物加工
• 3.6.1 消声器内部结构
• 3.6.2 消声器调节机构设计
• 3.6.3 传动连杆机构
• 3.6.4 外管密封组件
• 3.6.5 排气机构
• 3.7 有流情况下对消声器性能的影响
• 3.8 本章小结
• 第4章 亥姆霍兹共振器可调频算法
• 4.1 引言
• 4.2 控制算法
• 4.2.1 开闭环相结合的控制算法
• 4.2.2 局部控制函数为目标的控制算法
• 4.3 调频算法的实验研究
• 4.3.1 控制驱动系统的设计
• 4.3.2 实验设备
• 4.3.3 实验步骤
• 4.3.4 单频自适应调频控制结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 多线谱共振式消声器实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 消声器实验设备
• 5.3 实验步骤
• 5.3.1 实验件安装
• 5.3.2 测量仪器的连接
• 5.3.3 具体实验步骤
• 5.4 实验数据处理及结果分析
• 5.5 单频激励下消声效果
• 5.5.1 实验设备
• 5.5.2 实验步骤及结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢