[碩士論文精品]汽車發(fā)動機空氣濾清器消聲特性研究

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要進氣噪聲是發(fā)動機主要噪聲源之一。本文介紹了發(fā)動機進氣噪聲的研究現(xiàn)狀和方法，闡述了進氣噪聲源特性、產(chǎn)生機理以及控制方法。由于空氣濾清器可以作為一個有效的進氣消聲器，論文對空氣濾清器的聲學(xué)特性進行了詳細研究?？紤]到濾紙是一種有效的吸聲材料，它對空氣濾清器消聲特性的影響應(yīng)加以考慮。論文通過實驗測量結(jié)果和軟件計算結(jié)果的對比，驗證了使用聲學(xué)軟件SYSNOISE計算吸聲材料聲學(xué)特性的正確性，并且研究了吸聲材料對空氣濾清器消聲性能的影響。研究無流狀態(tài)下空氣濾清器和吸聲材料聲學(xué)特性的測量原理。為了驗證阻抗管系統(tǒng)進行兩載荷法測量消聲器傳遞損失的正確性，設(shè)計了簡單圓形膨脹腔消聲器。結(jié)合自編MATLAB程序，以長纖維玻璃絲棉作為吸聲材料實驗樣品，驗證了阻抗管進行兩載荷法測量吸聲材料聲學(xué)特性方法的正確性，并測量出濾紙的聲學(xué)特性參數(shù)復(fù)波數(shù)和復(fù)阻抗。以某型捷達車空氣濾清器為研究對象，建立其有限元模型，將測得濾紙的聲學(xué)特性參數(shù)導(dǎo)入聲學(xué)軟件SYSNOISE中作為濾紙的材料屬性，通過聲學(xué)仿真計算出空氣濾清器的傳遞損失，與實驗測量結(jié)果比較表明，對空濾器模型的處理是合理的。對于簡化的空濾器模型，研究了固定濾紙在空濾器中的位置和厚度，固定進氣內(nèi)插管長度，改變出口內(nèi)插管長度對空濾器聲學(xué)特性的影響。計算結(jié)果表明，可以通過調(diào)整內(nèi)插管的長度來改善空氣濾清器的消聲性能。關(guān)鍵詞進氣噪聲；空氣濾清器；消聲特性；實驗測量；數(shù)值計算哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTINDUCTIONNOISEIS011EOFTHEMAJORAUTOMOTIVENOISESOURC,鶴TBISPAPERINTRODUCEDTHESITUATIONANDMETHODSOFINTAKESYSTEMNOISESTUDY,EXPLAINEDTHESOTLLCECHARACTERISTICSANDGENERATIONMECHANISMSASWELL勰THECOILLROLMETHODOFINTAKENOISEINVIEWOFTHEFACTTHATTHEAIRCLEANERMAYACTAS姐EFFECTIVEINTAKESILENCER,THEPRESENTPAPERINVESTIGATEDTHEACOUSTICATTELUAFIONCHARACTERISTICSOFAIRELEANORINDETAILFILTERPAPERISAGOODABSORBINGMATERIALANDITSEFFECTONTHEACOUSTICATTENUATIONCHARACTERISTICSOFAIRELEANORSHOULDBECONSIDERED11”ACOUSTICCHARACTERISTIC8OFABSOROTIVEMATERIALSCALCULATEDBYYSNOISEWEVALIDATEDBYCOMPARINGTHEEXPERIMENTALRESULTSWITHTHECALCULATEDRESULTS111EEFFECTCAUSEDBYUTILIZINGABSORPTIVEMATERIALOILMUFFLERHADALSOBEENSTUDIED1KMETHODSOFMEASURINGTLAEACOUSTICCHARACTERISTICPARAMETERSOFAIRDCANERANDABSORBINGMATERIALHADBEENSTUDIEDFORTHECASEWITHOUTM啪FLOWACCORDINGTOTHEPRINCIPLEOFTWOLOADMETHOD,THESIMPLEEXPANSIONCHAMBERWASUSEDTOVMFYTHEMETHODSOFMEASLAINGTHEIRANSMISSIONLOTISOFMUFLTORCARRIEDOUTBY證IP幽CETUBE,ANDTHEFIBERGLASSW夠USEDTOV,百IFYTHEMETHODSOFMEASURINGTHEACOUSTICCHARACTERISTICPARAMETERSOFABSORPTIVEMATERIALCOMBINEDWITHTHESUBROUTINECODEDBYMATLABTHECHARACTERISTICIMPEDANCEANDCOMPLEXWAVENUMBEROFFILTERPAPERHADALSOBEENMEASUREDTHEFINITEELEMENTMODELSOFAIRCLEANERWERECREATEDBASEDONTHEPHYSICALMODELOFJCTTAC缸ANDTHEACOUSTICCHARACTERISTICPARAMETERSOFFILTERPAPERWEREIMPORTEDTOSOFTWARESYSNOISEFORMODEDLINGTHEPROPCAYOFFILTERMMTRANSMISSIONLOSSOFAIRCLEANERHADBEENCALCULATEDANDCOMPAREDWITHTHCMEASUREDRE螄LTS11LERESULTSINDICATEDTHATTHEMODELCREATEDFORAIRELEANORWAFTRCASONABLEASIMPLIFIEDMODELBASEDONTHEPHYSICALMODELOFAIRCLEANERW黯ALSOCREATED；THEACOUSTICATTETUATIONCHARACTERISTICSOFTHEAIRCLCALACRHADBEENSTUDIEDWITHTHEPOSITIONANDTHICKNESSOFFILTERPAPER缸EDLTHEEXTENDEDLENGTHOF哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文INLETPIPEINVARIABLE,THEEXTENDEDLENGTHOFOUTLETPIPEVARIABLEMRESULTSINDICATEDTHATTHEDESIREDACOUSTICATTENUATIONPERFORMAACEOFAIRD伐蚶CALLBEOBTAINEDBYACCOMMODATINGTHELENGTHOFEXTENDEDPIPESKEYWORDSINDUCTIONNOISE；AIRCLEANER；,ACOUSTICATTENUATIONCHARACTERISTICS；EXPERIMENTALMEASUXEMENT；NUMERICALCALCULATION哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明本論文的所有工作，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，由作者本人獨立完成的。有關(guān)觀點、方法、數(shù)據(jù)和文獻的引用已在文中指出，并與參考文獻相對應(yīng)。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。作者簽字生盤查日期可年鄉(xiāng)月日哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章緒論II課題研究的目的與意義汽車的發(fā)明給人類社會進步帶來了巨大的貢獻，汽車的普及給人們的生活帶來了巨大的便利。但隨著汽車保有量的飆升，由此帶來的噪聲危害也日益明顯。因此，工業(yè)發(fā)達國家自GO年代起就對機動車輛噪聲給予了足夠的重視，制定了相應(yīng)的法規(guī)和標準。從70年代起每35年就修訂一次相關(guān)的法規(guī)或標準，各種車輛噪聲的限值有了大幅度的降低。中國的環(huán)境噪聲法規(guī)與先進發(fā)達國家之間存在著一定的差距，我國已經(jīng)加入世貿(mào)組織WTO，以往對國內(nèi)汽車工業(yè)的保護措施也將不復(fù)存在，國外的各種汽車產(chǎn)品紛紛擁入國內(nèi)，搶占國內(nèi)的市場。因此，我國的汽車工業(yè)任重而道遠，不僅要保護住自己的國內(nèi)、國外市場，還要將其拓展到更大的范圍。從這一方面來說，對機動車噪聲污染的控制將面臨著極大的挑戰(zhàn)。同時，人們對環(huán)境保護和汽車乘坐舒適性的要求也越來越高，因此車輛振動噪聲控制的研究也越來越受到人們的重視，現(xiàn)在，噪聲已經(jīng)成為評價機動車輛等級水平的重要指標之一。汽車進氣系統(tǒng)噪聲和進氣系統(tǒng)的聲學(xué)性能計算是發(fā)動機進氣系統(tǒng)設(shè)計的理論基礎(chǔ)。汽車是一個包括各種不同性質(zhì)噪聲的綜合噪聲源，汽車產(chǎn)生的噪聲中發(fā)動機噪聲最大，是主要的噪聲源，主要包括空氣動力性噪聲進、排氣噪聲、燃燒噪聲及機械噪聲等。因此，降低汽車噪聲首先應(yīng)從降低發(fā)動機噪聲著手。從1970年到現(xiàn)在，隨著汽車噪聲控制技術(shù)的發(fā)展以及環(huán)境法規(guī)的日益嚴格化，已采取了多種方法降低汽車噪聲，如汽車尾氣排氣消聲、汽車發(fā)動機彈性支承、機械結(jié)構(gòu)改進等。當汽車其它噪聲源得到有效控制后，進氣系統(tǒng)噪聲可能成為一個主要噪聲源，它決定著發(fā)動機的總噪聲級，這勢必會影響汽車的車外噪聲甚至?xí)绊戃噧?nèi)噪聲UM，。研究發(fā)現(xiàn)，汽車在低轉(zhuǎn)速和加速過程車內(nèi)噪聲很大程度上是由迸氣噪聲引起的，因此，控制進氣噪聲已成為汽車噪聲控制的重點，具有重要的現(xiàn)實意義哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文12發(fā)動機進氣噪聲研究現(xiàn)狀進氣噪聲的控制和其它的噪聲控制類似，可以采用主動和被動噪聲控制技術(shù)對噪聲源，噪聲傳播的途徑等進行控制。目前，主動噪聲控制技術(shù)的研究正受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，但由于控制成本及消聲效果等原因，進氣噪聲的主動控制技術(shù)還沒有得到很好的應(yīng)用。應(yīng)用被動消聲技術(shù)來控制發(fā)動機進氣噪聲仍然是最實用的辦法。控制迸氣噪聲，涉及到進氣系統(tǒng)的設(shè)計、發(fā)動機的進氣方式、進氣門的結(jié)構(gòu)、凸輪型線的設(shè)計等諸多因素，但它亦受到動力性、經(jīng)濟性等多方面的約束，有時調(diào)整和改變設(shè)計也很困難。因此，最好的辦法就是設(shè)計合理的消聲效果良好的空氣濾清器或者采用進氣消聲器W。安裝消聲器是空氣動力性噪聲控制的主要方法。從聲學(xué)上來講，空氣濾清器本身就是一個進氣消聲器。對于噪聲指標要求不高的普通車輛，裝上空氣濾清器即能滿足目前對噪聲控制的要求。對于小型高速機、增壓柴油機及高檔轎車發(fā)動機，可以考慮裝用空氣濾清器和進氣消聲器合為一體的復(fù)合型消聲器。通常把進氣消聲器與空氣濾清器相結(jié)合，按照進氣噪聲的頻譜特性進行設(shè)計。空濾器內(nèi)的濾紙本身是良好的吸聲材料，能有效降低中高頻噪聲。為消除低頻噪聲成分，有時還需增設(shè)共振腔。發(fā)動機進氣系統(tǒng)的噪聲源比較復(fù)雜，主要是空氣動力性噪聲，其主要成份包括周期性壓力脈動噪聲、渦流噪聲、氣缸的亥姆霍茲共振噪聲等噪聲源。由于進氣系統(tǒng)管道內(nèi)氣體流動的復(fù)雜性使得探索進氣噪聲產(chǎn)生的機理和預(yù)測其產(chǎn)生的方法變得非常困難。這些難點包括L、管道內(nèi)氣體流動為非定常流動。發(fā)動機運行過程中，氣閥周期性地開啟和關(guān)閉時間非常短，進氣閥處的氣流速度可從高達300MS迅速降為零，使得管道內(nèi)的氣流產(chǎn)生非定常場流動。2、流過氣閥的氣流會與進氣口處的壓力波動相耦合。高速氣流將產(chǎn)生壓力波動；反之，壓力波動也會反作用于高速氣流。3、當氣流強度增加到一定程度時，會產(chǎn)生非線性波動。4、進氣系統(tǒng)中存在著聲波的反射，大量聲波反射形成復(fù)雜的聲場。5、對于多缸發(fā)動機來說，在各缸進氣口處產(chǎn)生的波動沿進氣道向外傳播，這些波動會產(chǎn)生耦合作用。2哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文6、流噪聲的存在。進氣管道內(nèi)存在著截面的突交和通氣口等，高速氣流會在這些部分激起流噪聲。正因為迸氣管道內(nèi)氣體流動的復(fù)雜性，目前并沒有建立起一個非常合理的模型來精確預(yù)測進氣噪聲英國南安普頓大學(xué)聲與振動研究所ISVRDAVIES一直致力于發(fā)動機進、排氣系統(tǒng)的聲學(xué)設(shè)計研究WTAL。他指出，合理的設(shè)計過程是基于采用可預(yù)測聲學(xué)模擬技術(shù)，即任何一個復(fù)雜的幾何模型都可以分解為一系列簡單的單元或腔體來模擬。典型的進排氣系統(tǒng)的設(shè)計過程開始于利用各單元或腔體的簡單聲學(xué)參數(shù)來模擬整個系統(tǒng)的聲學(xué)特性，隨后根據(jù)實際工況將此模型進行系統(tǒng)地修改以應(yīng)用到實際模型，然后制造出實際模型進行實際工況下的樣機測試；最終結(jié)合可預(yù)測聲學(xué)模型和實驗結(jié)果進行優(yōu)化設(shè)計。時域分析法、一維平面波理論頻域分析法以及頻域時域混合分析方法已被應(yīng)用于預(yù)測發(fā)動機的進氣噪聲。DAVIES和HARRISON利用可預(yù)測聲學(xué)模擬技術(shù)對發(fā)動機進排氣系統(tǒng)噪聲控制進行了研究，并對時域、頻域及時域頻域混合方法進行了比較，研究表明利用頻域分析法分析發(fā)動機進排氣系統(tǒng)與時域分析法分析發(fā)動機汽缸工作過程相結(jié)合比單純的時域、頻域分析方法更加完善，但這種混合方法存在著一定的局限性W。HARRISON等采用線形聲學(xué)模型對單缸、多缸發(fā)動機進氣系統(tǒng)波動力學(xué)進行了研究，同時也利用混合邊界方法來預(yù)測發(fā)動機進氣系統(tǒng)的波動力學(xué)，取得了良好的進展”一W。RUSCH等用間接邊界元法預(yù)測了進氣系統(tǒng)的插入損失，并用一維流體動力學(xué)方法計算了阻力損失系數(shù)M。LALILTMGILSA等利用實驗測試方法對發(fā)動機進氣噪聲產(chǎn)生的機理機進行了實驗研究，。韓國的JEONG等利用靈敏度分析法分析了發(fā)動機進氣管長度對進氣噪聲的影響W。KIM等利用數(shù)值分析方法求解非穩(wěn)態(tài)可壓NAVIERSTOKES方程對進氣系統(tǒng)的噪聲進行了研究W。林進修等研究了空氣濾清器吸入管的長度對進氣消聲性能的影響，將空濾器和它的吸入管及其和發(fā)動機的連接管在聲學(xué)上簡化為一個消聲器模型，并假定滿足平面波理論及其某些假設(shè)推導(dǎo)出空濾器的插入損失公式。研究發(fā)現(xiàn)，吸入管的長度對空濾器的消聲效果影響很大，隨著吸入管長度的增加，空濾器的消聲有效聲頻率將向低頻移動，并且當吸入管的長度為零時，空濾器的消聲效果不但變差，相反噪聲還要加大W。鄧兆祥等對發(fā)動機進氣消聲進行了研究，根據(jù)共振型亥姆霍茲消聲器原理設(shè)計了三腔并聯(lián)旁支型進氣消聲器，應(yīng)用于實車進行車外加速噪聲實驗，取得了良好的消聲效果U”M。浙江大學(xué)HAO等采用邊界元法3哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文對空氣濾清器進行了計算分析，但沒有考慮到濾紙的存在”“13空氣濾清器聲學(xué)特性預(yù)測方法從聲學(xué)意義上來講，空氣濾清器本身就是一個阻抗復(fù)合型進氣消聲器。目前，在空氣濾清器的消聲性能計算中使用的方法主要有傳遞矩陣法、特征線法、有限元法和邊界元法。1傳遞矩陣法TRANSFERMATRIXMETHOD基于平面波理論的傳遞矩陣法，也稱四端網(wǎng)絡(luò)法，根據(jù)電路中的四端網(wǎng)絡(luò)原理，每個消聲單元的聲傳遞特性可用四極子參數(shù)矩陣來表示，即將消聲器的出口端和入口端的聲壓與其產(chǎn)生的速度包括質(zhì)點振速、體積振速或質(zhì)量振速看作四端網(wǎng)絡(luò)的四個參數(shù)，然后建立輸入端參數(shù)和輸出端參數(shù)的矩陣關(guān)系式。消聲器的傳遞特性可用每個消聲單元的四極予參數(shù)矩陣的乘積來確定。五十年代后期，IGARASHI等人利用等效電路計算了消聲器的傳遞特性一。四極子參數(shù)傳遞矩陣法的使用是消聲器聲學(xué)性能分析前進的重要步驟。1987年，MUNJAL出版了第一本關(guān)于管道聲學(xué)的專著，書中系統(tǒng)地介紹了管道中聲傳播的基本方程、聲學(xué)濾波理論以及各種消聲器的聲學(xué)計算方法，同時介紹了計算聲場的一維、多維解析法以及有限元方法等內(nèi)容，對消聲器的設(shè)計起了很大的促進作用M?；谄矫娌ɡ碚摰穆晜鬟f矩陣法是一維近似方法，當計算頻率較低時，對于管道或截面較小而長度較大的膨脹腔消聲器，其內(nèi)部近似為一維平面波傳播，這時一維理論的分析方法是合適的，利用四極子參數(shù)傳遞矩陣表示系統(tǒng)聲學(xué)元件的特性和分析不同頻率時消聲器的聲學(xué)特性是非常方便的。但當計算頻率較高時，消聲器內(nèi)部出現(xiàn)高次模式波，尤其是對大型消聲器，其截止頻率低，在較低的頻率下就出現(xiàn)高次模式波，這時一維理論就不再適用，應(yīng)采取更加精確的二維或三維理論進行分析。并且解析法不適合于計算結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀不規(guī)則的系統(tǒng)，此時需采用數(shù)值方法離散后進行分析。此外，線性聲學(xué)理論的主要缺點是聲源特性只能用實驗測量的方法來確定，不適合于發(fā)動機變轉(zhuǎn)速變負荷工況。2特征線法刪STICSMETHOD特征線法是一維不穩(wěn)定流動分析法的一種，利用聲波在消聲器中傳播的4哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文線路圖，建立消聲器各段聲壓的關(guān)系，然后利用各界面處的聲學(xué)條件聲壓連續(xù)條件、體積連續(xù)條件建立消聲器各截面聲壓的方程組，最后推導(dǎo)出入射聲壓和透射聲壓的關(guān)系式，借此以評價消聲器的消聲性能。一維不穩(wěn)定流動分析法，是用特征線法在時域內(nèi)逐步對進、排氣系統(tǒng)內(nèi)的氣體不穩(wěn)定流動方程組和相應(yīng)的邊界方程求數(shù)值解一W。此法的優(yōu)點是聲源特性比較容易確定和描述，不需要較多的實驗以確定經(jīng)驗系數(shù)，較好地考慮各種非線性因素和流動的影響；其缺點是需要較多的邊界條件，以至很難用于解析復(fù)雜消聲裝置的聲學(xué)性能。3有限元法FINITEELEMENTMETHOD有限元法FEM是最常用的數(shù)值方法，出現(xiàn)于20世紀50年代，是隨著計算機的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種求解數(shù)理方程的現(xiàn)代數(shù)值計算方法，它可以計算形狀任意復(fù)雜的消聲器。有限元法是一種區(qū)域方法，它將求解區(qū)域看作由許多小的節(jié)點處相連接的子域構(gòu)成，其模型給出基本方程的近似解。由于它將整個的求解區(qū)域劃分為各種形狀和大小不同的單元，所以它能很好地適應(yīng)復(fù)雜的幾何形狀、復(fù)雜的材料特性和復(fù)雜的邊界條件，從而得到了很好地應(yīng)用。聲學(xué)有限元法是將聲場用有限元離散化，根據(jù)聲學(xué)波動方程，得到聯(lián)立代數(shù)方程組，通過求解代數(shù)方程組得到聲場中的聲學(xué)特性。有限元法最初應(yīng)用于分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，后來用于振動動態(tài)分析。大量的聲學(xué)工作者進行了工程聲學(xué)研究。自1975年起，有限元法開始應(yīng)用于消聲器特性評價領(lǐng)域，YOUNG和CROCKER首次利用有限元法計算了消聲器的傳遞損失W。1976年CRAGGS進一步發(fā)展了有限元方法，利用有限元法研究了消聲器的消聲特性M。直到1978年以前，所有的有限元法推導(dǎo)公式都是僅限于穩(wěn)定介質(zhì)狀態(tài)。1979年ASTLEY利用加權(quán)余量法和有限元法研究了具有流動介質(zhì)的管道中聲傳播的特征值問題W。1982年，PEAT以能量函數(shù)作為研究對象，利用四極予參數(shù)有限元法評價了具有流動介質(zhì)的管道中聲傳播W。MUAJAL出版的第一本關(guān)于管道聲學(xué)的專著，書中系統(tǒng)地介紹了有限元方法對消聲器的設(shè)計起了很大的促進作用一。蔡超W、王耀前M等用有限元法進行抗性消聲器傳遞損失數(shù)值計算，在低頻域能夠獲得較高的計算精度，但當消聲器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且考慮高頻噪聲時，這種方法的計算量將非常大，計算精度也將降低，甚至出現(xiàn)較大的偏差。對于利用有限元方法計算阻性消聲器消聲性能方面的研究，許多學(xué)者做了大量的貢獻。MEHDIZADEH等利用有限元法進行了帶部帶包層的以及片狀的阻性消聲器傳遞損失的計算，計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較5哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文好MDENIA等對帶內(nèi)插管的阻抗復(fù)合型消聲器進行了研究，計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好。聲學(xué)有限元法的弊端是隨著求解噪聲頻率的提高，為了保證計算精度，單元的網(wǎng)格劃分必須越加細密，這就使得計算量非常大，從而對計算機的計算能力提出了更高地要求。而且對于消聲器而言，主要關(guān)心的是進出口的邊界參數(shù)，求解大量的內(nèi)部節(jié)點數(shù)值是沒有必要的。4聲學(xué)邊界元法BOUNDARYELEMENTMETHOD邊界元法BEM是由邊界積分方程的思想發(fā)展而來，從70年代末開始廣泛應(yīng)用于計算機求解工程實際問題。邊界元法是把控制微分方程式變換成邊界上的積分方程式，然后將邊界分割成有限大小的邊界單元，把邊界積分方程離散成代數(shù)方程，從而把求解偏微分方程的問題變換成求解關(guān)于邊界節(jié)點未知量的代數(shù)方程問題。與有限元相比邊界元法有很大的優(yōu)越性。由于只需將區(qū)域的邊界分割成邊界單元，使考慮的維數(shù)降低一維，即可把三維問題轉(zhuǎn)變成二維問題來處理，將二維問題轉(zhuǎn)變成一維問題來處理。因此，與整個區(qū)域進行分割的區(qū)域法相比，邊界元法使基本求解過程的維數(shù)降低一階，需要處理的矩陣維數(shù)少，使得計算的準備工作大大簡化，求解的方程組也比其他數(shù)值方法減少很多。在離散精度相同的情況下，邊界元法解的精度要高于有限元法。其次，邊界元法特別適合于處理無限或半無限域問題，它不需任何類似于有限元法的“切斷”之類的近似而可精確求解這類問題。此外，邊界元法只對邊界離散，離散化誤差僅來源于邊界，區(qū)域內(nèi)的有關(guān)物理量可由解析式的離散化形式直接求得，因此提高了計算精度；求解時改變內(nèi)點的數(shù)量或位置也非常方便；邊界元法僅模擬系統(tǒng)的邊界條件，一旦求出了所需要的邊界信息數(shù)據(jù)，則任取內(nèi)點處的解析值便可依次算出。邊界元法適用于任意形狀消聲器聲學(xué)特性的計算和分析，且能與有限元法、有限差分法等其他數(shù)值方法耦合求解，因此可以計算分析氣體流動及壁面振動對消聲器消聲性能的影響。SDAMET和ZLJILS4JW使用邊界元法計算并分析了多種結(jié)構(gòu)消聲器的聲學(xué)特性，進而可用于指導(dǎo)消聲器的設(shè)計。6哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文14課題的提出及本文的主要工作內(nèi)容設(shè)計消聲效果良好的空氣濾清器或者采用進氣消聲器是控制進氣噪聲一條重要途徑。從聲學(xué)上來講，空氣濾清器本身就是一個迸氣消聲器?？諝鉃V清器主要由過濾單元、空濾器體以及空濾器蓋組成。空氣濾清器是汽車發(fā)動機必備的自我保護裝置之一，以往的研究多借助于實驗的方法，一般只注意它的濾清迸氣的功能，僅研究它的流阻、濾清效率和壽命間的關(guān)系，未對它的消聲作用在理論上和結(jié)構(gòu)實踐上作進一步的探討，致使空氣濾清器的消聲功能未被合理的利用?？諡V器中濾材是良好多孔吸聲材料。1956年BIOT提出流體飽和多孔介質(zhì)聲傳播理論，奠定了該聲學(xué)分支的理論基礎(chǔ)一。后來，人們對BIOT理論進行了多方面的修正、完善，使其成為最成功的多孔介質(zhì)聲學(xué)理論，并將其廣泛應(yīng)用于資源的聲波勘探和其他領(lǐng)域M，。根據(jù)吸聲材料的聲學(xué)理論，若多孔介質(zhì)的骨架靜止時，在宏觀尺度上，多孔介質(zhì)材料可用等效的流體來代W。1970年，DDANY和BAZLCY對多種纖維材料進行了實驗研究，得出表征吸聲材料聲學(xué)特性的復(fù)波數(shù)和復(fù)阻抗的經(jīng)驗表達式此后，大量學(xué)者將吸聲材料應(yīng)用到消聲器的研究中，取得了很好的消聲效果“”一。但將吸聲材料與空濾器相結(jié)合進行聲學(xué)性能研究方面，并未見到相關(guān)的文章發(fā)表。為了設(shè)計聲學(xué)性能良好的發(fā)動機進氣系統(tǒng)，必須明確發(fā)動機進氣噪聲產(chǎn)生的機理。鑒于一維平面波理論的局限性，當計算頻率較高時必須利用三維數(shù)值計算方法分析進氣系統(tǒng)的聲學(xué)特性。目前，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和計算機處理能力的提高，聲學(xué)商業(yè)有限元軟件也已問世，如SYSNOISE和ANSYS。這些軟件為聲學(xué)有限元計算提供了很好的實用工具。當利用有限元方法計算空氣濾清器時，必須考慮到濾材的吸聲特性，而吸聲材料的聲學(xué)特性參數(shù)只能從實驗測量得到。鑒于以上分析并結(jié)合我們現(xiàn)有的儀器、設(shè)備及實驗條件，本文的主要工作內(nèi)容可分為以下幾個方面內(nèi)容L、研究汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的噪聲源及其產(chǎn)生的機理，并對進氣噪聲控制的方法及空氣濾清器聲學(xué)特性預(yù)測方法做適當?shù)靥剿鳌?、研究空氣濾清器和吸聲材料的聲學(xué)特性，以及影響吸聲材料聲學(xué)特性的物理因素。7哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文3、5、6、研究空氣濾清器和吸聲材料聲學(xué)特性的實驗測量方法。設(shè)計實驗方案，驗證在BK公司提供的阻抗管測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，運用兩載荷法測量原理進行空氣濾清器和吸聲材料聲學(xué)特性測量的正確性。將濾紙作為吸聲材料來處理，以復(fù)波數(shù)和復(fù)阻抗來表征其聲學(xué)特性。利用阻抗管測量系統(tǒng)結(jié)合自編的MATLAB程序計算出濾紙的聲學(xué)特性參數(shù)。以某型捷達車空濾器為基礎(chǔ)，建立空濾器的聲學(xué)有限元模型并進行聲學(xué)性能仿真計算，并將計算結(jié)果與阻抗管測量結(jié)果進行比較，驗證空濾器有限元模型的合理性。并研究濾紙對空氣濾清器聲學(xué)性能的影響。對某型捷達車空濾器的物理模型進行簡化處理，研究內(nèi)部結(jié)構(gòu)對空氣濾清器聲學(xué)特性的影響。3哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文第2章發(fā)動機進氣噪聲源及其產(chǎn)生機理分析21引言20世紀80年代中后期，隨著制造水平和工藝水平的提高，發(fā)動機進氣系統(tǒng)噪聲上升為主要的噪聲源之一，在許多場合下它決定著發(fā)動機的總噪聲級，成為影響汽車車內(nèi)外噪聲的主要噪聲源。發(fā)動機工作時，進氣閥的周期性開閉引起管道內(nèi)高速氣流在進氣管道各接口處產(chǎn)生氣流分離和漩渦，從而產(chǎn)生壓力波動，成為進氣系統(tǒng)的主要噪聲源。進氣系統(tǒng)的噪聲源主要包括周期性的壓力脈動噪聲、管道氣柱共振噪聲、渦流噪聲以及氣缸的亥姆霍茲共振噪聲等”JLLELLILPJL44TJ一一。圖21所示，噪聲沿進氣系統(tǒng)向外傳播，一大部分從進氣口向外輻射，另一部分將引起管道振動成為壁面輻射噪聲W。進氣管道和空氣濾清器對聲波的傳播有著直接的影響。圖21進氣系統(tǒng)的噪聲源22周期性壓力脈動噪聲發(fā)動機工作時，當迸氣門開啟，在進氣管中產(chǎn)生一個壓力脈沖，隨著活塞的移動，這個壓力波動很快受到阻尼；當進氣門關(guān)閉時，同樣產(chǎn)生一個壓9力脈沖，也是受到阻尼而迅速消失，在一個工作循環(huán)中，共有兩個壓力脈沖。迸氣門的周期性開啟、關(guān)閉過程中，必將引起發(fā)動機進氣管道中空氣壓力和速度的波動，引起空氣密度的周期性變化，從而形成了周期性的脈動噪聲。圖22為某發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1100RPM時，進氣門開、閉時所產(chǎn)生的壓力脈沖波形圖。這樣兩個壓力脈沖周期性地發(fā)生，就形成了周期性的壓力脈動噪聲。該類型噪聲主要從節(jié)氣門沿進氣管道和空氣濾清器向外傳播。周期性壓力脈動噪聲與進氣管內(nèi)的壓力脈動相吻合，是進氣噪聲的主要構(gòu)成成分。IJ56R避，9虹_IJ巴璺“關(guān)皇一IJ一一一II點圖22進氣門開、閉時壓力脈沖波形圖壓力脈動噪聲的主要頻率成份如下FI6NNF21式中櫛發(fā)動機轉(zhuǎn)速，RMINN汽缸數(shù)F沖程系數(shù)，四沖程發(fā)動機F2，二沖程發(fā)動機F；1J諧波次數(shù)，I1、2、3石是基頻，等于發(fā)動機的點火頻率，即是排氣頻率氣閥驅(qū)動頻率。隨著諧波次數(shù)的增加，噪聲成份的聲壓級逐步降低。一般I3時，頻率成份可忽略不計實驗證明，一般在300HZ以下出現(xiàn)峰值，并與進氣管內(nèi)的壓力脈動相吻合。HARRISON等利用線性聲學(xué)模型對單缸RICAXDOE6實驗發(fā)動機的迸氣系統(tǒng)進氣波動進行了模擬研究。圖23為發(fā)動機進氣過程示意圖。進氣沖程初期，進氣閥開肩，高速運動的氣流往汽缸內(nèi)涌入并在氣閥背面形成湍流；進氣沖程結(jié)束，進氣閥關(guān)閉，氣流速度迅速降為零。這個過程在很短的時間內(nèi)完成，必將引起管道內(nèi)的壓力脈動。氣流的運動方向和強度主要由氣閥兩邊的非穩(wěn)態(tài)氣體壓力比決定要使氣體向汽缸內(nèi)流動必須滿足進氣口處的壓力大于汽10哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文缸內(nèi)的壓力。能產(chǎn)生這種條件的方式如下1、活塞迅速下行引起汽缸內(nèi)的壓力減小2、通過進氣口的壓力波動來增加迸氣口處的瞬時壓力。圖23發(fā)動機進氣過程示意圖_；。，A廠I么時|L口R_“NMTALTMAYUCTLL岫A黼仆T”AT腎ALEQ靖相強雨OFAIONSMOTAREDPMSEXETHAE酶唧MOLEFED1891LP瓢卜一K蠡FH摹1877R4PMP吐圖24發(fā)動機進氣口處壓力時間曲線和壓力頻譜圖圖24分別為由電機驅(qū)動和發(fā)動機正常運行，轉(zhuǎn)速大約為1900RRAIN時一個工作過程內(nèi)進氣口處的壓力時間曲線及頻譜分析圖。圖中可以看出，壓力的最大值發(fā)生在第四階的發(fā)動機點火頻率。對于點火式發(fā)動機來說，從進哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文氣閥開啟或排氣閥關(guān)閉后，進氣口處的壓力一直處在減少階段，直到曲軸轉(zhuǎn)過上止點90。壓力才達到最小值，此時活塞的速度達到最大值。隨后壓力迅速增加，并在下止點與進氣閥關(guān)閉之前達到最大值。迸氣口處的靜壓力大部分時間都處于100000PA左右。值得注意的是，壓力最小值與靜壓之差和壓力最大值與靜壓之差幾乎相等。分析表明進氣過程初期，直到壓力降至最小值，進氣口處的壓力是由活塞下行的速度和進氣閥開口面積控制；隨后，氣體波動支配著整個進氣過程?；钊滦幸鸬膲航祵Q定著隨后的壓力波動強度，并最終由活塞運動的最大速度和開口氣閥的流通面積決定。對于多缸發(fā)動機，在各缸進氣口處產(chǎn)生的壓力波動將沿著進氣道向外傳播，并且在傳播過程中會相互作用W。23進氣管的氣柱共振噪聲當進氣門關(guān)閉時，進氣管變成了一端封閉一端開口的等截面管，此系統(tǒng)便構(gòu)成了一個氣柱共振系統(tǒng)。在管內(nèi)的氣體介質(zhì)，由于具有連續(xù)分布的質(zhì)量和可壓縮性，而易發(fā)生氣柱的振動。這種氣柱振動與聲波在管道內(nèi)以氣體為媒介進行的傳播密切相關(guān)。當聲源的激振頻率與氣柱的某一階固有頻率很接近時，氣柱便發(fā)生對應(yīng)于該頻率的共振，使管道發(fā)生強烈振動并產(chǎn)生輻射噪聲。進氣管內(nèi)氣柱共振的固有頻率可由下式計算F_墮二坦22。御式中I諧波次數(shù)，F(xiàn)1、2、3C空氣中的聲速，MS，進氣管道長度，M凡管道長度等于I4波長的奇數(shù)倍時，無論激勵聲源的大小，只要從管口輻射的聲壓級很高，都將發(fā)生小振幅的氣柱共振。管道越長，共振頻率越低，阻尼也越大。圖25為進氣管道氣柱共振示意圖。左端面存在著聲源，右端面為進氣管道的開口端，右開口端可以看作是一個壓力釋放面，在管道內(nèi)的兩列行波在此處必定相位相反，因而此處總壓力達到最小值，而質(zhì)點振速達到最大W。哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文一鴿妙X4K圖25進氣管道氣柱共振示意圖24氣缸的亥姆霍茲共振噪聲可將發(fā)動機的氣缸看成是一個亥姆霍茲共振腔。其物理模型如圖26所示。即把氣缸看成是一個一端封閉的共振腔。其共振來源于氣缸內(nèi)氣體壓力波的激發(fā)。利用傳遞矩陣法，可以求解其第一階固有頻率圖26氣缸亥姆霍茲共振腔的物理模型廠丟23式中C空氣中的聲速，NYSR謾E氣管半徑，UL，_I氣管長度，M圪汽缸容積，M3由公式可以看出，共振頻率的大小與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速無關(guān)，只取決于氣缸容積、進氣管的長度和直徑。當氣缸內(nèi)的氣體壓力脈動的激發(fā)頻率等于發(fā)動機的各階亥姆霍茲共振頻率時，氣缸內(nèi)將發(fā)生亥姆霍茲共振，此時的輻射聲能最大哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文無論是進氣管的氣柱共振噪聲還是汽缸的亥姆霍茲共振噪聲都是將振動產(chǎn)生的聲能量轉(zhuǎn)化為部件的振動，再由振動向外界輻射噪聲，因此，在某種意義上使得整體輻射噪聲有所下降。25渦流噪聲進氣過程中，氣流的運動是非穩(wěn)態(tài)的。在短暫的進氣沖程中，氣體流過進氣閥的流速高達300MS，但當進氣閥關(guān)閉時其流速將迅速變?yōu)榱?。進氣閥的周期性開啟和關(guān)閉，必然引起高速氣流與壓力波動在進氣閥處相耦合作用。高速的非穩(wěn)態(tài)氣流將產(chǎn)生壓力波動，反之，壓力波動也會對非穩(wěn)態(tài)氣流有所影響。當高速氣流進入氣缸時，在氣流通道內(nèi)有氣門、氣門導(dǎo)管、進氣管內(nèi)的毛刺、尖棱、砂眼等障礙物，由于空氣分子粘滯摩擦力的影響，氣流受阻并與障礙物背后相對靜止的氣體相互作用，會在障礙物下游區(qū)形成帶有渦旋的氣流。這些渦旋不斷形成又不斷脫落，每個渦旋中心的壓強低于周圍介質(zhì)壓強，每當一個渦旋脫落時，湍動氣流中就出現(xiàn)一次壓強跳變，這些跳變的壓強通過四周介質(zhì)向外傳播，并作用于障礙物。當湍動氣流中的壓強脈動含有可聽頻率成份，且強度足夠強大時，將產(chǎn)生渦流噪聲。閥門會導(dǎo)致渦流的產(chǎn)生，從而激發(fā)渦流噪聲，這種噪聲常常因為與障礙物的固有頻率相吻合而產(chǎn)生放大噪聲的現(xiàn)象。當高速氣流通過不規(guī)則的物體時，渦旋的形成、脫落以及排列全是無規(guī)則和不穩(wěn)定的，但對于幾何形狀簡單的物體來說，大體具有一定的周期性。渦流噪聲是一種高聲強噪聲源，也是一種頻譜很復(fù)雜的寬帶噪聲，其峰值將分布在一定寬度的頻率范圍內(nèi)。渦流噪聲的峰值頻率可由下式計算廠詈，24式中霸斯脫羅哈數(shù)，與雷諾數(shù)有關(guān)的無量綱。SH014020，一般取SH；0185【，氣流流經(jīng)的流速，MS正障礙物特征尺寸迸氣門直徑，MF詣波次數(shù)，F(xiàn)1、2，3在氣門開度最大時，由上式估算的氣流流速、氣流流通面積、障礙物尺哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文寸等都是變化的，渦流噪聲的頻率也是隨之變化的。同時由于其他各種障礙物的存在，所產(chǎn)生的渦流噪聲的頻率成份很復(fù)雜?？梢哉f，渦流噪聲一般是寬帶、連續(xù)的高頻噪聲，主要頻率成份分布在1000HZ以上。渦流噪聲的聲功率可用下式近似估算AD，B2WJ竺；25P礦式中七為經(jīng)驗常數(shù)，由實驗得出圓形管道的常數(shù)K25X104P為氣體密度，KGM3C聲速，MSD管道直徑，MP障礙物前后的氣體壓力差，NM2目前，輕型汽車的發(fā)展引入了大量以塑料為材料的發(fā)動機部件，SI刪GHT和KRAFT等對以塑料制成的發(fā)動機進氣歧管噪聲進行了研究M一。發(fā)動機工作過程中，進氣歧管受到各種力的激擾，如燃燒過程引起的結(jié)構(gòu)載振動激勵、氣門重疊引起的壓力脈動產(chǎn)生空氣導(dǎo)聲、以及由湍流引起的氣流嗖嗖和哨聲。研究發(fā)現(xiàn)一個特別的現(xiàn)象，在實驗過程中，當節(jié)流閥內(nèi)節(jié)流板轉(zhuǎn)角為時300，不論是金屬鋁制的還是以塑料制成的進氣歧管都能產(chǎn)生強大的哨聲。研究發(fā)現(xiàn)，由于材料的密度不同，高密度的鋁要比低密度的塑料僅具有更好的隔聲特性，但流噪聲產(chǎn)生與材料的屬性無關(guān)，它僅與產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)構(gòu)有關(guān)。如圖27為哨聲產(chǎn)生的原理，節(jié)流板轉(zhuǎn)角為30。，當空氣旁通閥觸關(guān)閉，節(jié)流板在下邊界打開，引導(dǎo)氣流從其上邊界和下邊界通過。進氣過程中由于高速質(zhì)量流率和較小的橫截面積，在此處產(chǎn)生了高速氣流速度。高速氣流通過真空管，相當于用嘴對瓶子吹氣，從而產(chǎn)生了哨聲。哨聲的共振頻率取決于真空管的內(nèi)部尺寸。圖27哨聲產(chǎn)生原理示意圖哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文當節(jié)流板轉(zhuǎn)角為30。，旁通閥打開，此時的哨聲就不明顯。如圖28所示，因為當旁通閥ABV打開時，氣流從旁通閥進入節(jié)流閥，并與流經(jīng)節(jié)流板中心的氣流相互作用，從而使氣流從真空管旁邊流過，削弱了哨聲的強度。另外，從旁通閥進入的氣流也是產(chǎn)生流體噪聲的一個額外因素。ABVINPUTLHROTTLE30。圖28哨聲減弱示意圖因此，想要在設(shè)計以塑料為材料的進氣歧管中去除或減小流噪聲，必需設(shè)計良好的氣流通道，盡量避免氣流通道的截面突變，如焊縫隆起等部分；在設(shè)計過程中，如果確實需要用到真空管或者孔口時，盡量使此部分遠離高速氣流。同時若想要減少因使用塑料制品帶來差的隔聲特性，應(yīng)使產(chǎn)品各部分表面盡可能小，避免如膜狀的表面，當無法避免時，可以采用以下措施，如盡量使表面凸起或加肋板。此外，設(shè)計中選用圓截面管道要優(yōu)于橢圓面管道；并且盡可能使截面各處厚度均勻，當然也可以考慮使用穩(wěn)壓室等措施。26離心式壓氣機噪聲對于渦輪增壓發(fā)動機來說，由于增壓發(fā)動機的轉(zhuǎn)速一般都很高，因此其進氣噪聲明顯要高于非增壓發(fā)動機的進氣噪聲。渦輪增壓器中的壓氣機噪聲，是由葉片周期性沖擊空氣而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)噪聲和高速氣流形成的渦流噪聲組成，它是一種連續(xù)性的高頻刺耳噪聲。其主要能量分布在5001000HZ頻率范圍內(nèi)。這種進氣噪聲具有明顯的諧波特性，強度隨轉(zhuǎn)速的增加而迅速提高，其頻譜特性中各峰值頻率可由下式?jīng)Q定_7，I1CA2660式中鞏壓氣機的轉(zhuǎn)速，RMIN16哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文Z壓氣機葉片數(shù)F諧波次數(shù)，I1、2、327本章小結(jié)本章分析了發(fā)動機進氣系統(tǒng)的噪聲源特性及其產(chǎn)生的機理。發(fā)動機工作時，進氣閥的周期性開閉引起管道內(nèi)高速氣流在迸氣管道各接口處產(chǎn)生氣流分離和漩渦，從而產(chǎn)生壓力波動，成為進氣系統(tǒng)的主要噪聲源。進氣系統(tǒng)的噪聲源主要包括周期性的壓力脈動噪聲、管道氣柱共振噪聲、渦流噪聲以及氣缸的亥姆霍茲共振噪聲等。此外，進氣噪聲的大小與發(fā)動機的進氣方式增壓進氣或自然吸氣、進氣門結(jié)構(gòu)尺寸、缸徑、凸輪型線等設(shè)計因素有關(guān)。當上述設(shè)計因素確定之后，在各種使用因素中，轉(zhuǎn)速對發(fā)動機的影響最大。對同一臺發(fā)動機來說，轉(zhuǎn)速若增加一倍，進氣噪聲可增加1013DAA；不同的轉(zhuǎn)速對應(yīng)不同的噪聲頻率，在同一噪聲頻率值上，不同的轉(zhuǎn)速有不同的噪聲值。當然，發(fā)動機全負荷時的進氣噪聲會比小負荷時偏大“。安裝消聲器是空氣動力性噪聲控制的主要方法。從聲學(xué)上講，空氣濾清器本身就是一個進氣消聲器。對于進氣噪聲，通常把進氣消聲器與空氣濾清器相結(jié)合，按照進氣噪聲的頻譜特性進行設(shè)計，其方法主要是針對噪聲貢獻大的頻帶進行衰減。在設(shè)計空氣濾清器時，既要考慮消聲效果，又要考慮進氣阻力要小并且使氣流分布均勻，二者都應(yīng)兼顧。由于消聲器幾何形狀的變化和氣流速度、密度的變化等原因，故在設(shè)計時要求消聲器諸多的精確設(shè)計參數(shù)。17哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文第3章空氣濾清器和吸聲材料的聲學(xué)特性描述31引言空氣濾清器由過濾單元、空濾器體以及空濾器帽組成?？諡V器中的過濾單元是良好的吸聲材料。本章將闡述空氣濾清器聲學(xué)性能的評價指標、消聲性能計算方法以及吸聲材料的聲學(xué)特性和影響其聲學(xué)特性的物理特性。32汽車進氣系統(tǒng)的表述典型的汽車進氣系統(tǒng)是由進氣管、空氣濾清器、穩(wěn)壓腔和進氣歧管等組成如圖31A所示。進氣歧管另，C，7RKKAB囪日忍臣CD圖31汽車進氣系統(tǒng)的物理模型及其類比電路圖從聲學(xué)上來講，空氣濾清器就是一個進氣消聲器?？諝鉃V清器所占的體積，正可作為膨脹型消聲器的膨脹腔；空氣濾清器內(nèi)濾材是阻性消聲器良好18哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文的吸聲材料；從而可將空氣濾清器可作為一個阻抗復(fù)合型消聲器。在工程設(shè)計中要求空氣濾清器除具有良好的濾清和進氣功能外還需兼有良好的消聲性能。在進氣系統(tǒng)聲學(xué)特性分析中，常使用聲電類比電路來描述發(fā)動機進氣系統(tǒng)如圖31B所示。將發(fā)動機看作是具有一定強度和阻抗的聲源，用復(fù)數(shù)源阻抗Z和源強度圪來表示；進氣系統(tǒng)包括進氣管和空氣濾清器看作是被動聲學(xué)元件的組合，用總體四極子參數(shù)4、口、C、D來表示；管口看作是具有一定阻抗的輻射元件，用進氣13處的輻射阻抗Z，來表示。根據(jù)此模型，即可預(yù)測聲學(xué)單元的傳遞損失和插入損失等聲學(xué)特性。33空氣濾清器聲學(xué)性能評價指標與消聲器性能評價指標相似，空氣濾清器的性能評價指標包括聲學(xué)性能、空氣動力性能以及結(jié)構(gòu)性能指標等。聲學(xué)性能指標有傳遞損失TL，插入損失M和噪聲衰減量NR。傳遞損失定義為空氣濾清器入口聲功率與出口穿透到無反射端的聲功率之差，其表達式為ZLOLCGLO參一31式中形和形分別為空氣濾清器進口和出13處的聲功率，單位為W；和K分別為空氣濾清器進、出13處的聲功率級，單位為DB。插入損失定義為聲源外某一固定測點處，系統(tǒng)安裝空氣濾清器前、后同一頻率下該點聲壓級之差。表達式為皿三一一三P232式中LPL和三。分別為測點處安裝空氣濾清器前、后的聲壓級，單位為DB。噪聲衰減量是空氣濾清器輸入端與輸出端之間的聲壓級之差，其表達式為NR吼一田咒，33式中職和野分別為消聲器進、出口處的聲壓級，單位為DB。比較以上三個聲學(xué)性能評價指標，只有傳遞損失TL真實反應(yīng)了空氣19哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文濾清器本身的消聲性能，而插入損失IL不僅與空氣濾清器的自身結(jié)構(gòu)屬性有關(guān)，還受聲源及外界環(huán)境的影響，噪聲衰減量NR雖然容易實驗測量得到，但對空氣濾清器設(shè)計研究意義不大。因而，在空氣濾清器聲學(xué)設(shè)計過程中我們只關(guān)注空氣濾清器的傳遞損失。34空氣濾清器聲學(xué)性能計算的有限元法根據(jù)理想流體媒質(zhì)的三個基本方程，運動方程、連續(xù)性方程、物態(tài)方程，我們可以推得媒質(zhì)中的聲波動方程為M妒P專魯CS一4，其中“V2”為拉普拉斯算子，在直角坐標系里有V2導(dǎo)導(dǎo)T等礎(chǔ)2加2易2對于穩(wěn)態(tài)聲場，聲壓隨時間作簡諧變化，即PPG；兒ZK歸3_5將此式代入方程34得到消聲器內(nèi)部聲場的三維控制方程為V2PK；PO36式中竺挈，為波數(shù)。式36為HELMHOLTZ方程。這樣穩(wěn)態(tài)的簡諧聲CO4場問題求解就轉(zhuǎn)化為HELMHOLTZ方程的求解。求解聲學(xué)波動方程的有限元法中常用的方法有變分法和伽遼金法1。下面將闡述利用變分法進行求解空氣濾清器傳遞損失。根據(jù)HAMILTON原理，運用變分法萬FYLD,037式中，乞為任意時間，為拉各朗日函數(shù)，定義為三UXW3S其中勢能UI1L扁C02破喲2DV38A哈爾溟工程大學(xué)碗士學(xué)位論文動能置芎1L島【務(wù)2DV38B外力做功礦L一P磊據(jù)38CF為位移，Y為體積，配為聲場的邊界。對于諧振運動有P島譬J,00彬39P2島云2“V礦一3一LOJOPE磊FUDT善311聯(lián)合式36，則對于單個有限單元E，拉格朗日函數(shù)變?yōu)榍鹩?J。只2DY一嘉LGR耐見2DY去L見DS3一12疋為單元表面。根據(jù)有限元法的理論，在整個聲場域上的拉格朗日函數(shù)，可表示為各個單元的拉格朗日函數(shù)之和，即若所選擇的插值函數(shù)滿足協(xié)調(diào)性和完備性的要求，那么泛函力可表示為整個場域上所有細化單元的各泛函之和。有工P丘只313將式3一12代入式313，則在整個聲學(xué)域上的拉格朗日函數(shù)為工2去LP2DV嘉L刪P心Y去L郵S14礦為未裝濾紙的空氣濾清器整個聲場域，S為未裝濾紙的空氣濾清器聲場域的整個邊界，包括進口邊界墨，剛性壁面是，出口邊界墨。式314中最后一項則為21哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文去L筇去L虬郵寺L蠔郎寺硼CS嗡，最為剛性壁面，其上質(zhì)點振速O，所以擊L筇。在邊界墨上，求四端參數(shù)彳、C時，KO；求曰、D時，叫鳥O，則去L網(wǎng)O因此，315式成為去礎(chǔ)去“茚S16對式314取變分，由變分原理JZPO相當于才ALP0，317AP叫式中，P為節(jié)點聲壓陣列，PA，P2，乃以，將式313代入式317有器OP2萎剃一O魯A。根據(jù)有限元法原理，對于任意有限單元口上的聲壓見表示為見7溉。319則可以得到刀見。R見。320GRADP2仇。7G枷刪7見。321哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文聯(lián)立式312、319、Q20、321求解考群O得到ML一留【PL以。編彩日。322其中PLI,INLTNYDV阻LL【剛】【V】7DV帆L蠔7D3將式322代入式318，整理最后得到肘卜砰【耶島_編國，3_23324325326式中，【M】、【P】、【，】分別由相應(yīng)的各單元系數(shù)矩陣擴充而成。對于裝有濾紙的空氣濾清器，引入伴隨系統(tǒng)。伴隨系統(tǒng)可以看作原聲學(xué)系統(tǒng)的一個鏡像，吸收原系統(tǒng)的耗散聲能量，即擁有負阻尼。此時，對應(yīng)的整個聲學(xué)域上拉格朗日函數(shù)為三隰一專鋤脅忖去L糾蛾3_2Z式中，4為導(dǎo)納，P為原系統(tǒng)聲學(xué)域內(nèi)的聲壓，Q為伴隨系統(tǒng)域內(nèi)的聲壓。類似的推導(dǎo)結(jié)果為慨】七；嘲編乖蜘一J固OOF328上式通過有限元法求解得到各節(jié)點的聲壓值，其中【C】為阻尼矩陣，在每個單元下的表示形式為吼以【I】R魍329相應(yīng)的傳遞損失計算式為M哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文TL一LO,O如2P；1330式中，7,和A分別為出口節(jié)點的聲壓實部和虛部。35吸聲材料的聲學(xué)特性多孔吸聲材料材料內(nèi)部存在著大量微細的通道和孔隙，聲波沿著這些孔隙可以深入材料內(nèi)部，并與材料發(fā)生摩擦作用。由于空氣的粘滯性及通道壁面的熱傳導(dǎo)，聲波傳播過程所具有的能量將轉(zhuǎn)化為熱能而不斷的損耗。為了預(yù)測阻性消聲器的聲學(xué)性能，必須知道吸聲材料的聲學(xué)特性。吸聲材料的表面聲學(xué)特性如表面聲阻抗、吸聲系數(shù)常作為局部反應(yīng)模型的邊界條件；對于整體反應(yīng)模型，聲波在吸聲材料中的傳播常用復(fù)波數(shù)和復(fù)阻抗描述。由于表征吸聲材料特性的這些量非常復(fù)雜，這些量通常由實驗方法測得?；祉懯曳āⅠv波管法以及兩傳聲器法己被用于測量這些量。目前，用于減少測量誤差的多傳聲器測量技術(shù)已發(fā)展出來M，JONES等利用測量的精確性和時間效率兩個指標對應(yīng)用不同數(shù)量傳聲器和不同類型聲源的實驗方法進行了總結(jié)評價M，。351表面聲阻抗和吸聲系數(shù)表面聲阻抗和吸聲系數(shù)是用來表征吸聲材料的表面聲學(xué)特性。吸聲系數(shù)用一個實數(shù)來描述吸聲材料自身的聲學(xué)特性，它代表被材料吸收的聲能與入射聲能的比值，是一個介于0和L聞的實數(shù)值。吸聲系數(shù)的大小與聲波入射角有關(guān)，不同頻率上會有不同的吸聲系數(shù)，吸聲系數(shù)越大，材料的吸聲效果越好。人們使用吸聲系數(shù)頻率特性曲線來描述材料在不同頻率上的吸聲性能M。按照ISO標準和國家標準，吸聲測試報告中吸聲系數(shù)的頻率范圍是1005KHZ。將1005KHZ的吸聲系數(shù)取平均得到的數(shù)值是平均吸聲系數(shù)，平均吸聲系數(shù)反映了材料總體的吸聲性能。在工程中常使用降噪系數(shù)NI屺粗略地評價在語言頻率范圍內(nèi)的吸聲性能，這一數(shù)值是材料在250、500、IK、2K四個頻率的吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值。表面聲阻抗是以復(fù)數(shù)形式來表征吸聲材料的聲學(xué)特性，它能用于消聲分析。實部主要是阻的影響，正虛數(shù)部分為慣性質(zhì)量的影響，負虛數(shù)部分哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文主要為彈性的影響。如同電阻抗一樣，聲阻不受頻率的影響，而聲抗則和頻率成函數(shù)關(guān)系，影響到材料的頻率特性。吸聲系數(shù)和表面聲阻抗可以用混響室法和駐波管法來測