文档介绍：中北大学 2012 届毕业设计说明书 1绪论 课题研究的目的和意义噪声控制已成为环境科学中的一门重要学科, 国内外均制定了日益严格的噪声控制标准和法规。国内大部分内燃机的噪声指标处于临界状态,很可能因为噪声这一指标判定为不合格, 而降低发动机排气噪声非常困难。在机动车辆的行驶中, 发动机的排气噪音和排放污染是非常高的, 为降低噪音和减少排放污染, 在机动车辆上都设置有消声装置。但目前常见的各种原理的消声器效果都不太理想, 而且经过消声处理的气体中还含有大量的粒状物、絮状物、油水混合物以及一氧化碳等有害物质, 这些物质直接危害着生态环境,所以新型消声器的研制显得非常迫切。亥姆霍茨共振式消声器(. ,其中 H表示 Helmholtz ,R表示 Resonator) , 它结构简单,可以控制低频流噪声,特别是对泵基频引起的压力脉动的衰减效果很好,但它的缺点是仅能吸收单一频率的流噪声。然而在实际的管路系统中,随着泵的负载和一些外部条件的变化,泵的转速发生变化,故其压力脉动的频率也发生变化,此时,它就不能有效的对噪声进行衰减。可调频的 . 能适应此种频率改变的噪声,当噪声变化时,系统先采集信号,识别噪声的频率特性,继而自动调节某些参数,使它的固有频率紧密的随噪声源频率而变化,并根据反馈信号不断进行必要的调整,使消声器始终处与共振状态,从而实现对管路系统噪声的衰减,故对其进行研究是有一定意义的。 消声器消声性能的研究方法及现状消声器是一种能阻碍声音传播而容许流体顺利通过的设备。在管道中装置各种类型消声器是降低沿管道传播的噪声的有效措施。国外对消声器的研究开展的较早。早在192 2年,美国的Stewar t第一个应用声滤波器的理论来研究抗性消声器[1], 主要采用集中参数单元近似消声器单元,它仅在声波波长远大于消声器尺寸时才成立。声学滤波器理论由 Mason 和Stewart 及Lindsay [2]做了进一步的完善。30年代中期,在英国己作为模型试验用于设计飞机发动机。五十年代中期, Davis [3] 等人发表了关于抗性消声器研究的经典论文,主要采用一维波动方程,利用在截面突变处声压和体积振速的连续性条件,计算了单级和多级膨胀腔和侧支共振腔。五十年中北大学 2012 届毕业设计说明书代后期,Igarashi 等人利用等效电路方法计算了消声器的传递特性[4]。根据电路中的四端网络原理,每个消声器单元的声传递特性用四极参数矩阵表示,消声器的传递特性用每个消声器元件的传递矩阵的乘积来确定。由于电路理论比较成熟,因此采用这种等效电路模拟是相当方便的。只要系统特性线性无源,反映系统特性的四极参数不受上、下游单元的影响,仅与系统的结构尺寸与介质特性有关。这种消声器声学性能的分析方法简便、实用,在无平均流、无温度梯度的情况下,在平面波范围内能给出较为满意的结果,它是消声器声学性能分析前进的重要步骤[5]。自 Igarashi 以后,人们对消声器四极参数的求解做了大量的工作。 Parrot [6] 发表了基本元件(如面积膨胀或收缩) 在存在均匀流时四极参数的结果,这些四极参数是他根据 Alfradson [7] 给出的通过不连续处的能量、质量和动量守恒方程推出的。 Sreenath 和 Munjal 利用传递矩阵法给出了消声器衰减量的表达式,他们研究的表达式是以速度比的概念为基础的。七十年代中期以前,消声器的理论研究只限于基本消声元件。后来, Panicker 和 Munjal [8] 分析了具有外插管膨胀腔的声学特性, Sullivan [9]和 Jayaraman [10] 等人分析了穿孔管消声器元件的四极参数及声学特性,在他们的研究中考虑了流速的影响。以上是基于平面波理论的一维近似分析方法,当频率较低时, 对于管道或截面较小而长度较大的膨胀腔消声器,其内部近似为一维平面波传播, 这时一维理论的分析方法是适合的。但当频率较高时,消声器内部出现高次模式波, 尤其是对大型消声器,其截止频率低,在较低的频率下就出现高次模式波,这时一维理论不再适用,应采取更加精确的二维或三维理论进行分析。最早研究在对称的面积突变处激励而引起的高阶模式声传播的是 Miles [11]利用已知的边界条件和无穷级数构成声压和质点振速的正交函数表达式。七十年代末, El一 Sharkawy 和 Nayfeh [12] 补充了这个对称膨胀室三维分析理论, 研究了由简单膨胀腔圆管道中声传播,并在不同膨胀比及腔长比下讨论了膨胀腔的作用。 Jayaraman [13] 将其扩展到非对称的膨胀腔。并由 Eriksson 等人[14] 通过实验得到进一步证实。有限差分法是最常用的数值方法,对管内声传播问题的差分计算,清华大学