不同数值模拟方法预测消声器传递损失的比较研究

发布时间：2021-09-30 22:14

　　分别采用三维有限元法（Finite element method,FEM）和三维时域计算流体力学法（Computational fluid dynamics,CFD）对消声器的传递损失进行预测,并将计算结果与文献中的实验数据进行对比,然后从计算结果的准确性,计算耗时和易用性三个方面对这两种数值方法进行比较研究。研究结果表明:无论消声器内是否存在气体流动,两种方法都能够对消声器的传递损失进行合理预测。相比之下,时域CFD法能够获得更加准确的计算结果,但计算时间消耗较长;有限元法计算时间消耗较短,但应用起来较为复杂。 

【文章来源】：机械设计与制造. 2020,(09)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

单膨胀室和穿孔管消声器

式中：Pinc、Ptra—入射和透射声压，单位为Pa。另外，消声器两端连接的上下、游管道较长，长度约为消声器长的14倍。同时合理的在上下游管道布置监测点，使其能完整的记录独立的入射信号、透射信号和反射信号。根据文献[12]的建议，上、下游检测点的位置应分别满足式（3）和式（4):

当应用三维有限元法计算消声器传递损失时，需要首先进行CFD稳态计算。当气流马赫数M=0.2时，穿孔管消声器内部的速度矢量分布与湍流动能分布，如图3所示。从图中可以看出在消声器内部气体流动速度的分布很不均匀，穿孔管内的速度明显高于其他位置。另外，由于消声器膨胀室和穿孔管之间存在有压力差，使得气流通过穿孔管流入膨胀室后，再次回到穿孔管，从而增加了穿孔附近的湍流动能。CFD计算完成后，将计算结果已CNGS格式输入到Virtual.lab软件中，进行声学响应分析。另外，对于所研究的膨胀室消声器，其内部没有气体流动，因此并没有对其进行CFD计算，而是直接进行声学响应分析。对于时域CFD法，以所研究的膨胀室消声器为例，其上、下游管道长度均为5000mm，两个监测点位置分别选取lu=850mm,ld=200mm,CFD瞬时流动计算的时间步长设置为5μs，采样频率为200kHz，时间窗口为0.06s。膨胀室消声器上、下游监测点的时域压力曲线，如图4所示。然后应用矩形窗函数对其进行截断，再经傅里叶变化就可以得到频域压力信号，如图5所示。最后将图5中的入射与透射频域信号代入到式（2）中进行计算，求解出消声器的传递损失。另外，由于文献[14]已经使用时域CFD法计算了所研究的穿孔管消声器的传递损失，故直接引用了其预测结果进行比较研究。


本文编号：3416730