基于LMS Virtual.Lab Acoustics的抗性消声器性能分析研究

运用声学有限元软件LMS Virtual.Lab中的Acoustics模块对具有内插管的抗性消声器内部声场进行有限元分析。通过划分消声器有限元网格、定义声学网格、前处理等一系列步骤对消声器的传递损失进行了理论计算,并且对比相关的有限元分析软件及实验结果,验证了声学有限元软件计算结果的准确性。为消音器的设计优化提供了理论基础。

Experimental and numerical analysis of an air cleaner's acoustic performance

To improve acoustic performance of an air cleaner system,both experimental and theoretical studies were carried out.The air cleaner＇s acoustic numerical model was built by finite element methods（FEM）.Acoustic parameters of filter paper imported in the FEM model were calculated according to experiential formulas.Based on the models,the cleaner＇s acoustic character of transmission loss（TL） was computed.To verify the numerical results,TL results of the real air cleaner with or without filter paper were tested by four-microphone transferring function method.The experimental results show that the filter paper influence acoustic performance of the air cleaner significantly,especially in mid and high frequency band,and should be considered in numerical simulation.Comparisons between experimental and numerical results show that the numerical model is accurate enough to be used in multi-scheme acoustic optimization.Based on our study,TL results of two schemes were calculated and analyzed,which is useful to the air cleaner＇s final design decision.

基于近似模型的弹性背腔穿孔管消声器声学性能优化

弹性背腔穿孔管消声器利用声波和弹性管壁的耦合作用,相比于穿孔管消声器具有更好的低频消声性能。为了进一步提高该消声器的低频、宽频消声能力,采用遗传算法对其进行优化。首先,利用COMSOL有限元软件建立该消声器的传递损失计算模型。其次,分析弹性管壁材料对消声器低频消声性能的影响,并选取橡胶复合材料作为弹性管壁材料。再次,由于所采用的有限元模型计算耗时长,为节约时间资源,利用径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络方法建立近似模型代替有限元计算模型。最后,利用近似模型结合遗传算法进行全局寻优,获得该消声器结构参数的优化结果,并利用有限元模型验证优化的准确性。结果表明:优化后在100~1000 Hz低频段范围内弹性背腔穿孔管消声器消声带宽增加62%,且平均传递损失提高3.6 dB。

内部结构对充水膨胀腔消声器声学性能的影响

结构声耦合效应对充水消声器的声学性能具有重要的影响,利用频域有限元法,结合二维轴对称结构声耦合数值模型分析消声器内部声场,研究消声器内部插入管和环形挡板对膨胀腔水消声器声学特性的影响。数值研究表明:结构声耦合效应会使传递损失的通过频率和峰值频率向低频移动,并压缩消声频段;插入管的结构声耦合效应导致传递损失曲线出现明显峰值,这与插入管的固有模态有关,增加插入管长度时,其一阶固有频率降低,峰值消声频率向低频移动,这有利于低频噪声的衰减;对比双级膨胀腔消声器,挡板会提高低频消声量,挡板厚度会对低频消声量产生明显的影响,但挡板的位置对低频消声量影响不大。

高功率工况下氢燃料汽车排气噪声的优化研究

为解决氢燃料汽车在电堆高功率负载工况下的排气噪音问题,通过声学测试与流场仿真交互分析,优化了消声器系统的声学性能。采用有限元法进行消声器内部流场湍动能仿真分析,并交互使用声学测试方法进行消声器传递损失试验验证,研究发现原状态消声器在中频段表现一般,在低高频段性能较差。通过建立消声器流场仿真模型,优化其内部结构,包括变径多孔风管、消声内衬和减震垫等。流体仿真计算结果显示,新消声器结构流体域湍动能明显降低,改善了消声器内部湍流现象。消声器声学测试结果显示,新状态消声器在500~12 500 Hz频段传递损失明显提高,呈现更佳的消声效果。研究结果表明,在电堆高功率负载全频工况下,通过流场仿真与声学测试相结合的方法,能够快速优化消声器结构,提升全频段的消声性能,提高车辆的舒适性和用户体验。

基于LMS Virtual.lab消声器声学特性分析及选型

运用LMS Virtual.lab的声学有限元模块对阻抗复合式消声器的三个方案分别进行声学特性分析,通过对比仿真结果,锁定方案二为最终设计方案。搭建消声器传递损失试验台架,利用双负载法测试方案二样件的传递损失曲线,结果表明:在0~1500 Hz范围,仿真结果与试验测试结果基本吻合,证实利用LMS Virtual.lab分析消声器声学性能的准确性和实用性,可用于指导消声器开发。

压缩机消声器特性的数值分析与实验研究

建立了压缩机消声器内部声场的三维有限元模型,该模型考虑了压缩机消声器结构和边界条件方面的特殊性,可以计算压缩机消声器的传声损失。同时,将双传声器驻波管测量材料声阻抗的原理,推广到四传声器法测量压缩机消声器的传声损失。通过用单节膨胀消声器的验证,以及在某型压缩机消声器的数值解析和试验分析表明本文采用的数值计算方法和建立传声损失测试装置是可以应用于压缩机消声器这种复杂对象的。

车用两腔抗性消声器声学特性分析及结构优化

为了快速准确的研究抗性消声器的声学特性,该文提出二维解析方法研究两腔抗性消声器的传递损失特性;并基于阻抗管,采用双负载法对消声器传递损失进行了测量,以此对解析方法进行验证。进而基于解析方法,分析隔板通孔半径、隔板位置对消声器传递损失影响。最后采用遗传算法,在不增大外部总体尺寸的条件下,对消声器进行结构优化设计。研究结果表明,该文采用的理论计算方法可较准确地计算出消声器传递损失;两腔消声器比单腔消声器有更好的消声效果;隔板通孔半径及其位置对传递损失影响明显;通过对结构参数优化设计,可以使消声器在目标频带1 000-3 000 Hz的平均传递损失由17.2提升到39.5 d B,获得很好的优化效果。该文建立的二维解析模型可用于计算抗性消声器的传递损失,为快速优化设计消声器提供了参考。

制冷压缩机排气管消声器声学及阻力特性仿真分析

为了降低空调运行过程中制冷压缩机所产生的噪声，采用在制冷压缩机排气管设置消声器的方法。建立了消声器内部制冷剂的有限元模型，利用声学分析软件Virtual Lab Acoustics和计算流体动力学软件Fluent分别对消声器的声学性能和阻力特性进行数值模拟，分析了消声器内部的扩张腔长度、孔板位置、孔板内径等结构参数对排气管消声器传递损失和压力损失的影响。模拟结果表明：随着扩张腔长度的不断减小，消声器的传递损失曲线逐渐向高频方向移动，消声器的有效消声频率范围不断拓宽，而扩张腔长度对消声器压力损失的影响较小，合理选择扩张腔长度能够有效降低压缩机噪声；孔板位置对中高频噪声的降噪效果影响较大，随着孔板位置由扩张腔中心处向其进口端面不断移动，2000～2400 Hz附近频率的消声性能逐渐得到改善，并且消声器内部压力损失不断减小，且其减小幅度越来越大，因此孔板在允许的范围内应尽可能靠近消声器进口端面；随着孔板内径的不断减小，消声器的降噪效果不断增强，但消声器内部压力损失也随之逐渐增大，且增大幅度越来越大，因此孔板内径不宜太小。

汽车排气消声器的消声性能研究

建立某汽车排气消声器的声学分析模型,采用有限元法和边界元法对排气消声器的传递损失进行了仿真分析和试验测试。试验结果与仿真结果能较好吻合,表明排气消声器的仿真模型很好地反映了实际结构的声学特性。根据研究结果提出改进方案,取得了较好的效果。

离心泵用赫姆霍兹水消声器声学特性数值模拟

为了降低离心泵沿管路传播的辐射噪声,基于有限元理论,运用Ansys CFX软件对不同工况下离心泵出口压力脉动进行计算.研究了离心泵出口压力脉动特性,运用声学软件Sysnoise对内置和外置连接管、不同连接管长度、并联连接管、串联和并联共振腔以及改变串联和并联共振腔内连接管长度的赫姆霍兹水消声器的声学特性分别进行仿真,并分析其影响规律.仿真结果表明:连接管长度、连接管连接方式能有规律地改变赫姆霍兹水消声器的共振频率和传递损失;串联和并联共振腔可以同时出现多个共振频率,但串联共振腔产生的共振频率向其各自单腔的共振频率的两端移动,传递损失有所下降,且各腔内共振频率相互影响;并联共振腔产生的共振频率向其各自单腔的共振频率的内部移动,同时传递损失大幅增大,各腔内传递损失互不干扰.

基于管道声模态的消声器传递损失计算

传递损失是评价消声器声学性能的一个重要指标。提出了一种方法—管道声模态法代替传统方法估算传递损失。对进出口截面积较小的消声器进行计算和检验,与传统方法比较,结果基本吻合,且过程简单,提高传递损失的计算效率。对进出口截面积较大的消声器,中高频段由于大量高次波的出现,传统方法失效;但低频段管中声波以平面波为主,其结果与传统法一致。因此可以采用管道声模态法快速估算传递损失。

抗性消声结构声腔模态对其消声特性的影响研究

为分析抗性消声结构声腔模态对消声器消声性能的影响,以典型3种抗性消声结构为对象,基于有限元法计算了其传声损失及扩张腔室的声模态,分析了扩张腔室声模态和进出口管位置对传声损失的影响规律。研究结果表明:扩张腔室的声模态和进出口管布置对抗性消声结构传声损失的影响非常显著。只有在极低的低频范围内,抗性消声结构的传声损失与基于一维平面波理论模型的传声损失结果才相吻合,进出口管布置位置对传声损失的影响才较小。消声器的进出口管布置位置对腔室的高阶声模态抑制和激发有重要影响,将进出口管布置在扩张腔室声模态节点区域能显著改善消声器中高频消声性能。对某汽车消声器进行改进设计,改进后平均传声损失提高了15.8dB。

扩张室式消声器声学特性的有限元分析

应用有限元法分析进出口管同轴扩张室式消声器的声学性能,计算其传递损失并与一维平面波理论计算对比,分析一维平面波理论的适用范围。通过分析出口管偏置消声器,双出口管消声器和两腔消声器的声学性能表明:出口管位置和数量影响消声器中高频消声性能,而两腔消声器则能明显改善消声器中低频的消声效果。

复杂结构消声器消声特性的数值分析及结构优化

由于复杂结构消声器的内部声场比较复杂,平面波理论无法准确预测其分布,为了计算复杂结构消声器的消声特性,并进一步提高消声器的声学性能,在基本假设的前提下,合理处理进出口及壁面的边界条件,建立消声器内部声场的三维有限元模型,计算消声器的传递损失(TL)。然后,分析了不同的结构参数(隔板位置、内插管位置、进口管位置)对消声器的传递损失的影响,并优化了消声器的结构参数,有效地提高了消声器的消声性能,使得压缩机整机噪声降低了3.2 dB,验证了该分析方法的可行性,为复杂结构消声器的设计提供了参考依据。

排气消声器声学及阻力特性数值仿真研究

对某一轻型卡车所装配的消声器,利用声学软件SYSNO ISE对消声器声学性能进行数值仿真计算;利用计算流体动力学软件FLUENT对消声器的阻力特性进行数值仿真计算。模拟结果清楚地反映了消声器内的流场和声场的情况,结果表明数值方法能准确的模拟排气消声器的性能。通过仿真模拟,综合考虑消声器内部的声学性能和空气动力性能,表明运用数值方法预测排气消声器的阻力及声学性能在工程中是有效的,为消声器的改进设计和优化设计提供了依据。

汽车消声器声学特性的数值分析与结构改进

利用Sysnoise软件对一汽车消声器进行声场计算,得到消声器的声压分布和传递损失曲线;对消声器结构进行改进,在其内部增设一块隔板和两个穿孔管,并对改进结构进行数值计算。结果表明:低频时声波以平面波的形式向前传播,高频时声波主要以高次谐波的形式向前传播。与原始消声器相比,在600-1 200 Hz的中低频段,以及1 700-1 800 Hz,2 700-2 800 Hz的中高频段,改进消声器的传递损失提高20 dB以上;且在20-3 000 Hz总频段,改进消声器的传递损失平均提高19.8 dB。故改进消声器的消声效果良好。

双层微穿孔管消声器传声损失理论计算与分析

基于一维平面波理论和微穿孔结构吸声理论,推导双层微穿孔管消声器传声损失理论模型,并将理论计算值与三维有限元声学仿真结果进行对比,利用消声器传声损失理论公式,对比双层和单层微穿孔管消声器的传声损失,分析内外层膨胀腔厚度对双层微穿孔管消声器声学特性的影响。研究结果表明:双层微穿孔管消声器在中低频的传声损失要大于单层微穿孔管消声器;增加内外层膨胀腔的厚度,可以提高双层微穿孔管消声器的消声特性;当双层膨胀腔总厚度固定,外层膨胀腔厚度大时,消声器在中低频的声学性能更好。

考虑抗性消声器结构参数的传递损失预估模型

利用二维解析方法研究两腔抗性消声器的声学性能。通过正交试验设计分析消声器进出口管半径、扩张腔半径、隔板通孔半径以及隔板位置结构参数影响消声器传递损失的主次关系,进而基于均匀设计的试验数据经回归分析获得了两腔抗性消声器传递损失预估模型。结果表明,在1 000-3 000 Hz中频段内,对传递损失影响最大是扩张腔的半径,其次是隔板通孔的半径、隔板位置,最后是进、出口管的半径;该文建立的传递损失预估模型可根据消声器结构参数准确预估抗性消声器的传递损失,能直接反映消声器传递损失与结构参数的关系。该研究为快速优化设计消声器提供了参考。

基于模态展开法的二维消声器传递损失分析

运用模态展开法通过求解矩形和圆柱形二维消声器的压力响应函数以及其相应的四极参数,推导了这些消声器模型的传递损失计算模型。采用此模型计算了二维圆柱形消声器的传递损失,并建立了三维有限元模型验证了该模型的正确性。通过与格林函数法比较传递损失能量计算结果,表明在面源尺寸相对较大时,采用该模型具有更高的计算精度。