分別采用三維有限元法（Finite element method,FEM）和三維時(shí)域計(jì)算流體力學(xué)法（Computational fluid dynamics,CFD）對消聲器的傳遞損失進(jìn)行預(yù)測,并將計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,然后從計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,計(jì)算耗時(shí)和易用性三個(gè)方面對這兩種數(shù)值方法進(jìn)行比較研究。研究結(jié)果表明:無論消聲器內(nèi)是否存在氣體流動,兩種方法都能夠?qū)ο暺鞯膫鬟f損失進(jìn)行合理預(yù)測。相比之下,時(shí)域CFD法能夠獲得更加準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果,但計(jì)算時(shí)間消耗較長;有限元法計(jì)算時(shí)間消耗較短,但應(yīng)用起來較為復(fù)雜。 

【文章來源】：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造. 2020,(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

單膨脹室和穿孔管消聲器

式中：Pinc、Ptra—入射和透射聲壓，單位為Pa。另外，消聲器兩端連接的上下、游管道較長，長度約為消聲器長的14倍。同時(shí)合理的在上下游管道布置監(jiān)測點(diǎn)，使其能完整的記錄獨(dú)立的入射信號、透射信號和反射信號。根據(jù)文獻(xiàn)[12]的建議，上、下游檢測點(diǎn)的位置應(yīng)分別滿足式（3）和式（4):

當(dāng)應(yīng)用三維有限元法計(jì)算消聲器傳遞損失時(shí)，需要首先進(jìn)行CFD穩(wěn)態(tài)計(jì)算。當(dāng)氣流馬赫數(shù)M=0.2時(shí)，穿孔管消聲器內(nèi)部的速度矢量分布與湍流動能分布，如圖3所示。從圖中可以看出在消聲器內(nèi)部氣體流動速度的分布很不均勻，穿孔管內(nèi)的速度明顯高于其他位置。另外，由于消聲器膨脹室和穿孔管之間存在有壓力差，使得氣流通過穿孔管流入膨脹室后，再次回到穿孔管，從而增加了穿孔附近的湍流動能。CFD計(jì)算完成后，將計(jì)算結(jié)果已CNGS格式輸入到Virtual.lab軟件中，進(jìn)行聲學(xué)響應(yīng)分析。另外，對于所研究的膨脹室消聲器，其內(nèi)部沒有氣體流動，因此并沒有對其進(jìn)行CFD計(jì)算，而是直接進(jìn)行聲學(xué)響應(yīng)分析。對于時(shí)域CFD法，以所研究的膨脹室消聲器為例，其上、下游管道長度均為5000mm，兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位置分別選取lu=850mm,ld=200mm,CFD瞬時(shí)流動計(jì)算的時(shí)間步長設(shè)置為5μs，采樣頻率為200kHz，時(shí)間窗口為0.06s。膨脹室消聲器上、下游監(jiān)測點(diǎn)的時(shí)域壓力曲線，如圖4所示。然后應(yīng)用矩形窗函數(shù)對其進(jìn)行截?cái)�，再�?jīng)傅里葉變化就可以得到頻域壓力信號，如圖5所示。最后將圖5中的入射與透射頻域信號代入到式（2）中進(jìn)行計(jì)算，求解出消聲器的傳遞損失。另外，由于文獻(xiàn)[14]已經(jīng)使用時(shí)域CFD法計(jì)算了所研究的穿孔管消聲器的傳遞損失，故直接引用了其預(yù)測結(jié)果進(jìn)行比較研究。


本文編號：3416730