消声器气流再生噪声测试技术研究

本文在双传声器传递函数法的基础上, 通过传 声器间距组合, 提高分析频率范围。利用有限元软 件分析比较三种取样管的导流透声结构, 选取并加 工具有良好导流透声结构的取样管, 实现了对消声 器气流再生噪声较精确的测量。
消声器气流再生噪声测试技术研究
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1 测量原理及试验台布置
1. 1 测试原理 在消声器上游管 道施加一个稳定 流速的低噪
为使取样管有优良的导流透声效果, 减小高速 气流条件下由于传声器的安装对测量的影响, 本试 验设计了 3种在主管道管壁上 开口的导流透 声方 案, 方案 1为条形槽, 方案 2和方案 3均为微穿孔, 穿槽 ( 孔 ) 率相差不大, 具体结构参数如表 1所示。 利用 SYSNO ISE 和 ANSYS /CFX 软件分别对这 3 种 结构取样管进行声场和流场分析。
2010年 10月
噪声与振动控制
文章编号: 1006-1355( 2010) 05-0116-05
消声器气流再生噪声测试技术研究
第 5期
罗 虹, 赵世举, 赵海军, 杨 杰
(重庆大学 机械工程学院, 重庆 400030)
摘 要: 基于双传声器传递函数法, 发展了一种采用 传声器间距组合的消声器气流再生噪 声测量方 法。通过 对三 种取样管声场和流场分析, 重点比较了其导流透声效 果, 分析表明选取的取样管能真实 反映主管 道内的声压, 且导流透声结构对主管道内声场和流场的影响较小。在无气流条件下, 试验验证了声场仿真计 算的结果。在 设计 的试验台上对一穿孔管消声器测试表明: 研究的 测量方法以及研制的试验台能够较准确地测试消 声器在不同 气流 速度下的气流噪声和再生噪声的叠加噪声。
为研究导流透声结构对主管道内流场的影响, 对主管道及取样 管流场进行流场 分析。模型 尺寸 与声场分析时相 同。流场分析 时主管道入口 为速 度边界条件: 60 m / s, 出 口为 相对 压力 边界 条件: 0 P a。取样管及其 周围主管 道的速度 分布结果 如 图 6。
从图 6中可以看出, 由于管壁上开孔, 导流透声 结构对主管道的流场均有一定的影响, 开孔面积的 大小直接影响到取样管中的 流速和主管道壁 面的 流场。在取样管前 12 mm 到取样管后 10 mm 之间 的主管道边界流场遭到了一定的破坏, 边界层向小 孔 (槽 )中扩散。由于方案 1开槽较长, 取样管中的 速度较大, 最大为 9. 7 m / s, 方案 3中的孔径较大, 取样管中的速度较大, 取样管内流速最大为 7. 1 m / s, 方案 2中的孔径较小, 取样管中的速度最小, 取样 管内流速最大为 2. 4 m / s, 对主管道流场的边界层 的影响也比另两 种方案小。三 种方案中主管 道内 的主体流速分布大体相同, 导流透声结构对主管道 内主流的影响很小。
图 1 消声器气流再生噪声试验台示意图 F ig. 1 Sketch m ap of test bench of flow regenera tion no ise in m ufflers
7. 风机排 气
试验所需的气流由一台功率为 4. 5 kW 的离心 式风机提供, 借助于消声器上游的皮托管和微型压 差计组件, 通过变频器调节风机转速来控制消声器 入口的气流速度。试验消声器前端采用阻性、抗性 消声器结合的方式降低气流背景噪声, 经反复试验 测得的气流背景噪声已得到有效控制。因此, 本试 验的关键问题是取样管的设计, 取样管是为了传声 器在不影响主管道流场的前提下准确 拾取主管道 中的声压信号。
消声器气流 再生噪声试验 台的总体布置 及构 成如图 1所示。
1. 离心式风机 2. 风机进气消声器 3. 电机 4. 变频器 5. 隔 音墙 6. 风机排 气消声器 (抗性 ) 消声器 (阻性 ) 8. 皮托管 9. 微型压差计 10. 试验消声器 11. 取样管 12. 主管道 13. 消声末端
Key word s: acoust ics; m uffler; flow regenerat ion no ise; test techn ique; probe tube
由于发动机排气系统中的高速气 流产生的再 生噪声, 使消声器的实际消声效果急剧下降。消声 器内部体积小且结构复杂, 使得气流再生噪声的产 生和传播变得极为复杂。迄今, 国内外对气流噪声 理论及数值计算的研究还不成熟。因此, 试验法是 目前研究消声器气流再生噪声的主要 手段和重要 方法。文献 [ 1] 在自行设计的 试验台上, 对扩张腔
2 取样管的设计
消声器的气流再 生噪声的测量需 要传声器准 确拾取主管道内的声压 信号。而主管 道内气流速 度较高, 如果在主管道管壁上开孔直接把传声器插 入主管道, 传声器的隔栅及开孔边缘引起的气流扰 动对传声器测量精度有很大的影响。因此, 设计的 取样管必须在不影响主管道流动的条 件下有优良 的透声效果。
式消声器气流再生噪声进行研究, 但由于测点选在 主管道外, 测得的气流再生噪声与实际的气流再生 噪声有一定的差距, 更无法对气流再生噪声进行定 量分析。文献 [ 2, 3]通过在不同出口阻抗条件下测 量消声器的声学性能, 实现了有流条件下对传递损 失的测量。测点位置选在主管道壁面, 但没有介绍 取样管的具体结构, 也没有分析取样管结构对主管 道声场和流场的影响。
关键词: 声学; 消声器; 气流再生噪声; 测试技术; 取样管
中图分类号: TH 11 文献标识码: A DO I编码: 10. 3969 / .j issn. 1006- 1355. 2010. 05. 028
Research on the T echnique of F low R egeneration N oise Testing for M ufflers
第 5期
图 2 特征点位置示意图 F ig. 2 Sketch m ap o f position of character po ints
在三种方案中, 主管道中各特征点的声压级相 差很小, 差距在 0. 05 dB 以内, 说明主管道中的声 波以平面波的形式在传播。在取样管前后点 1、点 2、点 4、点 6的声压级与无取样管时主管道中相同 位置处声压级几乎一致, 说明导流透声结构没影响 到声波在主管道中的传播。
LUO H ong, ZHAO Shi-ju, ZHAO H ai-jun, YANG J ie
( Co llege o fM echanical Eng ineering, Chongq ing Un iversity, Chongqing 40030, Ch ina)
A bstract: B ased on the m ethod of doub le-m icrophone transfer funct ion, a m ethod for flow regeneration no ise m easurem ent in m ufflers is deve loped w ith d ifferen t distances betw een the m icrophones. The flow field and acoustic field o f three type probe tubes are stud ied, and the ir effects o f diversion and sound transm ission are com pared. T he result show s that the selected probe tube can reflect the acoust ic pressure signal in m ain tube tru ly, and the structure o f probe tube has litt le effect on flow field and acoustic field in the m ain tube. Under the no flow cond it ion, the result of acoustic sim u la tion is testif ied. On the designed test bench, a perfo rated mu ff ler w as tested. T he resu lt show s that the deve loped m easurem ent m ethod w ith the test bench can m easure e ffect ively the flow noise, the regenerat ion no ise and the noise of the ir superposition in the mu ffler at various flow velocity.
取样管的重点是 比较取样管中的 声压级与主 管道中的声压级。经过计算, 点 3与点 5、点 7 与点 8的声压级相差很小, 声压级曲线几乎重合, 为了能 在图中有所区分, 图中只比较取样管中点 7 与主管 道中点 3的声压级, 三种不同导流透声结构声场比 较如图 3- 图 5。
图 5 方案 3声场计算结果
表 1 导流透声结构参数 T ab. 1 Param eters of struc ture of liquid
d iversion and sound tran sm ission
结构型式
方案 1 方案 2 方案 3
槽宽 /孔径 /m m 1 1 1. 5
穿槽率 /穿孔率 /( % ) 31 33 32
声气流, 在消声器内部产生的气流再生噪声向消声 器下游管道辐射。若 所施加稳速气流 的背景噪声 相比消声器 气流再生 噪声足 够小 ( 相 差 10 dB 以 上 ) , 即可认为气流是 / 无声 0气流, 则试验测定的量 即为消声器中气流产生的再生噪声。
1980年, J. Y. Chung与 D. A. B laser共同提出利 用双传声器传递函数法 [ 4, 5] 测量阻抗管中吸声系数 和声阻抗的方法。其 主要思想是通过 测量管壁上 两传声器位置处声压的传递函数来确 定吸声材料