1、 文章编号nullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnull null nullnull复杂腔体扩张室消声器消声性能数值计算李 丰null黄协清null王广庭null西安交通大学 机械工程学院null西安 nullnullnullnullnullnullnull摘 要null通常有限元手工编程难以对结构形状复杂的客体进行相应的数值计算消声器形状复杂null不利于手工编程null故采用有限元软件nullnull和声学软件nullnullnull对该消声器的
2、消声性能进行数值分析利用nullnull为消声器建模和分网null并储存分网信息然后nullnullnullnull软件调入数据null用nullnullnull计算消声器的传递损失关键词null声学null消声器null消声性能null数值分析null传递损失中图分类号null nullnullnull 文献标识码nullnull , 2,2nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull. nulln
3、ull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull. nullnull nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull :nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnull
4、nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnul
5、lnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull
6、nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnull nu
7、llnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnull nullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnu
8、llnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull2nullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnulln
9、ullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull2nullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnulln
10、ull nullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull:nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnul
11、lnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull收稿日期nullnullnullnullnull2nullnull2nullnull基金项目null回转压缩机的研究null天津nullnull电器有限公司与西安交通大学振动与噪声控制研究所nullnullnullnull年nullnull月协议作者简介null李丰nullnullnullnullnull2nullnull男null在读硕士生null主要从事振动与噪声控制研究引 言传递损失是衡量消声器性
12、能的一个重要指标null一直以来是我们关心的问题扩张式消声器是抗性消声器的一种null具有低!中频消声效果好的优点消声器模型结构形状复杂null传统的经验公式和四端网络法无法胜任随着计算机技术的进步null数值计算null有限元和边界元null被广泛应用于各类工程问题有限元和边界元方法较经验公式和四端网络法具有很多优势null精度高!可解复杂边界条件问题!与消声器边界和媒质属性具有无关性另外null许多通用的有限元和边界元软件的开发与升级null使数值计算null有限元和边界元null应用更加方便其中null美国nullnull公司开发的nullnull软件和比利时nullnull 公司开发的
13、nullnullnull软件就是其中的成员现应用有限元软件nullnull和nullnullnull对形状复杂声器的消声性能进行分析nullnull软件主要包括三个部分null前处理模块null分析计算模块和后处理模块其中前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具null用户可以方便地构造有限元模型null分析计算模块包括结构分析null可进行线性分析!非线性分析和高度非线性分析null !流体动力学分析!电磁场分析!声场分析!压电分析以及多物理场的耦合分析null可模拟多种物理介质的相互作用null具有灵敏度分析及优化分析能力null另外具有强大的后处理模块但在声场分析方面能力较差nu
14、llnullnull集有限元技术和边界元技术为一身null可计算结构的辐射声场!灵敏度分析及结构不同板件贡献大小的问题且提供了与nullnull等软件的接口null可以方便的和这些软件通信null弥补了本身建模上的不足1 有限元计算消声器消声性能的基本公式有限元计算消声器传递损失通常有两种方法null其一null有限元直接法null其二null有限元法和四端参数的混合法本文采用的是有限元直接法null即用有限元法计算出消声器进气口和出气口的相应节点的声压null然后计算消声器的传递损失有限元法求解消声器传递损失的基本步骤为nullnullnullnullnull年null月 噪 声 与 振 动
15、 控 制 第null期nullnull离散分析域为有限个单元nullnullnull选择测试函数nullnullnull推导单元矩阵形成总体有限元代数方程组nullnullnull求解此代数方程组nullnullnull计算传递损失以未考虑流体流动为例说明系统总体有限元等式的形成原理根据nullnullnullnullnullnullnullnull原理nullnullnull对于位移或速度所有可能时间历程null且位移和速度满足一致性条件!制约条件和运动学边界条件null同时满足开始和结束条件null正确解的时间历程使拉格朗日函数取最小值即: nullnull = null (null)这里
16、null拉格朗日函数nullnull nullnullnullnull为系统势能null =nullnullnullnullnull()null为系统动能null =nullnullnull()null为外力功null =()null媒介密度,null声速,位移,为的法向位移,声压,为压力定义表面对于所有域变量为正弦时间变量而言null并利用声压和粒子速度的关系nullnullnull =nullnull可得下式 =nullnullnullnullnullnull+nullnullnullnullnull()null(null)速度的定义表面,为粒子速度,为声压幅值当由不同阻抗个子单元构成时,
17、可得 =3nullnullnullnull.3nullnullnull+6= null3 (null)这里,3为声压的共轭复数因为对于单元内部任意点的声压与此单元所有节点的声压具有如下系统 =这里矢量为形状函数,为单元节点声压矢量所以可得null= ()null= 将上两式代入式nullnullnull及nullnullnull可得( nullnull)=null(null)其中null null null null null 因为null nullnullnull nullnullnullnullnull为雅可比行列式null所对应的雅可比矩阵为 =5 /5 5/ 5 5 / 5 5 /5
18、5/ 5 5 / 5 5 /5 5/ 5 5 / 5 利用雅可比矩阵变换坐标系为自然坐标系null可得=| | = =null( null)#| | 这里null=5 / 5 5/ 5 5/ 5 5 / 55/ 55/ 55 / 5 5/ 5 5/ 5 最后可得系统的有限元等式为( nullnull) =null (null)解等式nullnullnull所形成的方程组null可以求得各个节点的声压由传递损失计算公式nullnull = nullnullnullnullnullnull(null)为入射声压,为出口声压可以得到消声器的传递损失2 数值分析2.1 以空调压缩机消声器为例研究对象就
19、是空调压缩机消声器null其扩张腔形状复杂null从进气口到出气口管道截面复杂多变原消声器中部没有隔板null改进消声器在消声器中部垂直于消声器长度方向加一块隔板null是为了提高消声器的消声性能首先使用nullnull软件为消声器建模分网nullnullnull然后用nullnullnull软件计算传递损失nullnull结构如图null null是消声器扩张腔的长度nullnullnullnullnullnullnullnull定义分隔比null null/消声器内部的流体为空气null密度nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnu
20、ll声速nullnullnullnullnullnullnullnull2.2 消声器消声特性计算结果2.2.1 消声器中部有无隔板传递损失的比较从图null !图null可以看出null消声器中部加上隔板后在高频段消声效果明显提高null但在低频处消声性能不如原消声器由此可以得出消声器加上隔板后可以提高频段的消声效果而由理论分析null加上隔板后null扩张室一分为二null每一扩张室空间变小null这对nullnull复杂腔体扩张室消声器消声性能数值计算图null 消声器结构示意图图null 原消声器和改进消声器null加隔板null分隔比nullnullnullnullnullnull对
21、比波长较长的低频段波发生反射!干涉的机率变小null使低频消声效果较差null但却提高了高频段的消声效果null反之亦然由此分析可以看出null数值分析的计算结果与定性分析的规律吻合2null2null2 隔板装在不同的位置时传递损失的比较从图null及图null可以看出null不同分隔比消声效果也不尽相同在分割为nullnullnull和nullnullnull时效果较好图null 原消声器和改进消声器null加隔板null分隔比nullnullnullnullnullnull对比图null 改进消声器null加隔板null分隔比nullnullnullnullnull !nullnulln
22、ull和nullnullnullnull对比图null 改进消声器null加隔板null分隔比nullnullnullnullnull !nullnullnull和nullnullnullnull对比3 结 论从上面的分析可以得到以下结论nullnullnull利用软件组合的办法null互补所短!各显其长null克服了人工难以建立复杂腔体模型有限元模型的缺点null充分利用现代计算机计算能力null缩短复杂的问题计算时间null提高效率nullnullnull在原消声器上加一隔板有利提高消声器高频的消声性能nullnullnull消声器隔板分隔比不同消声器消声性能也不同null分隔比为null
23、nullnull和nullnullnull时较好null即出口腔大于入口腔更好些参考文献nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnull null null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnull2nullnullnullnullnullnullnullnullnullnul
24、lnullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 杜功焕null朱哲民null龚秀芬null声学基础nullnullnull南京null南京大学出版社nullnullnullnullnull nullnullnull 任文堂!赵剑!李孝宽null工业噪声和振动控制技术nullnullnull冶金工业出版社nullnullnullnullnull nullnullnull nullnull nullnullnull nullnullnull建模与分网指南nullnullnullnullnull nullnullnull nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull null null nullnullnullnullnull年null月 噪 声 与 振 动 控 制 第null期
