标度律分析在汽车气动噪声中的应用
发布时间：2021-08-30 06:39
车辆高速行驶时,气动噪声是影响车内舒适性的重要噪声源,车身周围的非定常流动是产生气动噪声的重要因素。一方面非定常流动产生流体压力脉动直接作用到车身外表面,激励车窗玻璃等振动,并向车内辐射噪声;另一方面非定常流动本身产生气动噪声,声学压力透过车窗玻璃和车身钣金件向车内直接传递噪声。本文提出标度律概念,用于描述和区别车身周围流体压力与声学压力随车速的变化规律,并对风洞试验结果进行标度律分析。结果表明:在给定工况下,汽车气动噪声以偶极子声源为主,车内和远场声学压力的幅值与速度的3次方成正比,而频率与速度无关;前侧窗表面流体压力的幅值与速度的1.5次方成正比,频率与速度成正比。
【文章来源】：汽车工程. 2020,42(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
均衡湍流边界层下压力脉动频谱[1]
式中:Tij=ρuiuj+pij-c2(ρ-ρ0)δij为Lighthill应力张量;c为声速;ρ为密度;ui为xi方向的流体速度分量;vi为xi方向的表面速度分量;δ(f)为狄拉克函数;pij为压缩应力张量。上式等号右端第3项描述了运动物体表面排开体积产生的单极子声源,单极子声源属于脉动质量源,比如汽车进、排气噪声和泄漏噪声。右端第2项描述了运动表面的偶极子声源,偶极子声源为硬质壁面对临近流体的非定常力产生的声源,属于脉动力源,可以看成是两个单极子声源,常见为车身尾部及附件的涡脱落产生的噪声以及分离流动与车身相互作用产生的噪声。右端第1项描述了运动表面外部区域中Lighthill应力产生的四极子声源,四极子声源为大小相同、方向相反的剪切应力产生的声源,可以看成由两个偶极子声源组成,属于脉动应力源,常见的为湍流剪切层产生的声源。根据声学相似理论,3种理想声源的辐射声强与速度的关系为
为了验证标度律分析在汽车气动噪声领域的应用,本文中通过风洞试验测量了与前侧窗区域气动噪声相关的重要评价指标,包括:远场声压、车内声压、前侧窗表面流体压力脉动。本次试验是在整车气动声学风洞中完成的,该风洞最大风速为250 km/h, 试验时风洞为声学测量状态,空风洞在140 km/h时的背景噪声小于58 dB(A),可以有效保证声学测量的精度,试验测量对象为某款实车,试验中采用的基础工况为:风速为120 km/h,偏航角为0°。除此之外,还进行了雷诺数扫略,试验中雷诺数的变化是通过改变风速实现的,雷诺数扫略对应的风速扫略范围为:80、100、120和140 km/h。试验测点的布置如图3所示。在前侧窗外表面不同位置布置了3个表面传声器,用于测量前侧窗表面的流体压力脉动,如图3所示,前侧窗表面的表面传声器的布置位置兼顾了具有代表性的不同区域,在主驾耳侧位置布置人工头,用于采集车内声学腔的声压信号,后续分析中使用人工头外耳测量数据展开。试验中在车身左侧,距车身中截面6 m、高度为1.2 m的位置布置了自由场传声器,用于采集远场辐射声压。本次试验中使用表面传声器测量前侧窗表面的压力脉动,由于声学压力的幅值远小于流体压力,表面传声器的测量结果可以近似为流体压力,声学压力完全淹没在流体压力中。图4(a)和图5(a)显示了车内驾驶员外耳声压级和远场声压级的频谱曲线(SPL～f)与风速的关系。由图可见,风速基本不会改变声压级频谱曲线的形状,而只是改变了频谱曲线的位置。其中,无论车内还是远场声学压力脉动仅幅值随风速的增大而增大,其频率与风速无关。
本文编号：3372270
【文章来源】：汽车工程. 2020,42(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
均衡湍流边界层下压力脉动频谱[1]
式中:Tij=ρuiuj+pij-c2(ρ-ρ0)δij为Lighthill应力张量;c为声速;ρ为密度;ui为xi方向的流体速度分量;vi为xi方向的表面速度分量;δ(f)为狄拉克函数;pij为压缩应力张量。上式等号右端第3项描述了运动物体表面排开体积产生的单极子声源,单极子声源属于脉动质量源,比如汽车进、排气噪声和泄漏噪声。右端第2项描述了运动表面的偶极子声源,偶极子声源为硬质壁面对临近流体的非定常力产生的声源,属于脉动力源,可以看成是两个单极子声源,常见为车身尾部及附件的涡脱落产生的噪声以及分离流动与车身相互作用产生的噪声。右端第1项描述了运动表面外部区域中Lighthill应力产生的四极子声源,四极子声源为大小相同、方向相反的剪切应力产生的声源,可以看成由两个偶极子声源组成,属于脉动应力源,常见的为湍流剪切层产生的声源。根据声学相似理论,3种理想声源的辐射声强与速度的关系为
为了验证标度律分析在汽车气动噪声领域的应用,本文中通过风洞试验测量了与前侧窗区域气动噪声相关的重要评价指标,包括:远场声压、车内声压、前侧窗表面流体压力脉动。本次试验是在整车气动声学风洞中完成的,该风洞最大风速为250 km/h, 试验时风洞为声学测量状态,空风洞在140 km/h时的背景噪声小于58 dB(A),可以有效保证声学测量的精度,试验测量对象为某款实车,试验中采用的基础工况为:风速为120 km/h,偏航角为0°。除此之外,还进行了雷诺数扫略,试验中雷诺数的变化是通过改变风速实现的,雷诺数扫略对应的风速扫略范围为:80、100、120和140 km/h。试验测点的布置如图3所示。在前侧窗外表面不同位置布置了3个表面传声器,用于测量前侧窗表面的流体压力脉动,如图3所示,前侧窗表面的表面传声器的布置位置兼顾了具有代表性的不同区域,在主驾耳侧位置布置人工头,用于采集车内声学腔的声压信号,后续分析中使用人工头外耳测量数据展开。试验中在车身左侧,距车身中截面6 m、高度为1.2 m的位置布置了自由场传声器,用于采集远场辐射声压。本次试验中使用表面传声器测量前侧窗表面的压力脉动,由于声学压力的幅值远小于流体压力,表面传声器的测量结果可以近似为流体压力,声学压力完全淹没在流体压力中。图4(a)和图5(a)显示了车内驾驶员外耳声压级和远场声压级的频谱曲线(SPL～f)与风速的关系。由图可见,风速基本不会改变声压级频谱曲线的形状,而只是改变了频谱曲线的位置。其中,无论车内还是远场声学压力脉动仅幅值随风速的增大而增大,其频率与风速无关。
本文编号：3372270
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/3372270.html
