宽频大消声量排气消声器设计方法研究

论文摘要

一些大型固定式内燃机在工作时会产生很大的排气噪声,人长时间在这种噪声作用下,会对人体产生危害,为控制该类排气噪声,需配备宽频大消声量的排气消声器。由于目前宽频大消声量的消声器设计还没有直接成熟的理论,要想设计出一个性能最佳的消声器,必须通过反复计算和试验才能满足要求,整个设计过程相当复杂。因此有必要提出一种宽频大消声量消声器的设计方法,保证在设计出消声效果最佳的消声器同时,最大化地缩短产品设计周期。本文的研究是结合为某消声器生产厂家设计消声器的课题进行的。本文首先根据厂家提供的排气噪声数据,采用传统经验公式设计方法,设计了一个宽频大消声量的排气消声器,成功把排气噪声控制在相关标准的限值之内,解决了排气噪声中基频低、多谐次、幅值大的低频噪声的消声问题。其次,以声学软件SYSNOISE为平台对消声器进行数值仿真研究。通过定义阻尼传递矩阵的方法来模拟穿孔管消声器的声学性能,大大减小了穿孔管消声器模型的复杂性；通过研究穿孔率、结构尺寸以及温度对穿孔管消声器声学特性的影响,以及两腔之间的相互影响对两个共振式穿孔管消声器串联时的声学特性的影响,对于穿孔管消声器的设计具有一定的指导意义。再次,针对新消声器低频消声特性的不足,采用传递矩阵法对新消声器进行参数优化,并用有限元仿真方法进行了验证,优化后消声器的低频消声特性得到了进一步的提高,从而说明了通过传递矩阵法可用于宽频大消声量消声器的低频消声性能的参数优化。最后,通过对消声器的设计到优化过程的总结,提出利用传统经验公式计算消声器参数、采用传递矩阵法进行声学性能的预测和参数优化、最后通过有限元仿真进行校验的宽频大消声量消声器的设计方法,具有一定工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 传递矩阵法
• 1.2.2 边界元法
• 1.2.3 有限元法
• 1.3 本文的研究目标及内容
• 第二章 消声器基本理论
• 2.1 阻性消声器
• 2.2 抗性消声器
• 2.2.1 扩张式消声器
• 2.2.2 共振腔消声器
• 2.3 阻抗复合式消声器
• 2.4 微穿孔板消声器
• 2.5 扩散消声器
• 2.6 消声器的评价指标
• 2.6.1 声学性能
• 2.6.2 空气动力性能
• 2.6.3 结构性能
• 2.7 内燃机排气噪声的特点
• 2.8 本章小结
• 第三章 大型排气消声器设计
• 3.1 消声器设计要求
• 3.2 排气噪声测试与分析
• 3.3 消声器选型
• 3.4 消声器基本结构的确定
• 3.5 消声器结构参数的确定
• 3.5.1 消声器外形尺寸和进出气管直径
• 3.5.2 共振腔个数和参数
• 3.5.3 扩张式消声器的长度和微穿孔板消声器的长度
• 3.6 吸声材料的选择和布置
• 3.7 优化结构减少表面辐射噪声
• 3.8 消声器的性能指标的校验
• 3.9 新消声器的实验测试和分析
• 3.10 本章小结
• 第四章 消声器的数值仿真
• 4.1 声学有限元法理论基础
• 4.2 消声器传递损失的计算理论
• 4.3 消声器传递损失有限元分析流程
• 4.4 穿孔管消声器的数值分析
• 4.4.1 阻尼传递矩阵的计算
• 4.4.2 穿孔管消声器的数值仿真
• 4.4.3 穿孔管消声器的数值仿真
• 4.5 穿孔管消声器声学性能影响因素
• 4.5.1 穿孔率和几何参数对穿孔管消声器声学性能的影响
• 4.5.2 温度对穿孔管消声器声学性能的影响
• 4.6 共振式穿孔管消声器串联时声学性能的仿真分析
• 4.6.1 两个相同共振式穿孔管消声器的串联
• 4.6.2 两个不同共振式穿孔管消声器的串联
• 4.7 本章小结
• 第五章 消声器的改进及设计方法
• 5.1 基本消声单元的传递矩阵
• 5.2 模型简化
• 5.3 目标函数
• 5.4 设计变量
• 5.5 约束条件
• 5.6 消声器的传递损失
• 5.7 消声器参数优化程序
• 5.8 优化计算结果
• 5.9 优化前后有限元计算
• 5.10 宽频大消声量排气消声器设计方法
• 5.11 本章小结
• 结论与展望
• 1. 主要研究结论
• 2. 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文