分別采用三維有限元法（Finite element method,FEM）和三維時域計算流體力學法（Computational fluid dynamics,CFD）對消聲器的傳遞損失進行預測,并將計算結(jié)果與文獻中的實驗數(shù)據(jù)進行對比,然后從計算結(jié)果的準確性,計算耗時和易用性三個方面對這兩種數(shù)值方法進行比較研究。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損失進行合理預測。相比之下,時域CFD法能夠獲得更加準確的計算結(jié)果,但計算時間消耗較長;有限元法計算時間消耗較短,但應(yīng)用起來較為復雜。 

【文章來源】：機械設(shè)計與制造. 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。同時合理的在上下游管道布置監(jiān)測點，使其能完整的記錄獨立的入射信號、透射信號和反射信號。根據(jù)文獻[12]的建議，上、下游檢測點的位置應(yīng)分別滿足式（3）和式（4):

當應(yīng)用三維有限元法計算消聲器傳遞損失時，需要首先進行CFD穩(wěn)態(tài)計算。當氣流馬赫數(shù)M=0.2時，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計算完成后，將計算結(jié)果已CNGS格式輸入到Virtual.lab軟件中，進行聲學響應(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，因此并沒有對其進行CFD計算，而是直接進行聲學響應(yīng)分析。對于時域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，兩個監(jiān)測點位置分別選取lu=850mm,ld=200mm,CFD瞬時流動計算的時間步長設(shè)置為5μs，采樣頻率為200kHz，時間窗口為0.06s。膨脹室消聲器上、下游監(jiān)測點的時域壓力曲線，如圖4所示。然后應(yīng)用矩形窗函數(shù)對其進行截斷，再經(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）中進行計算，求解出消聲器的傳遞損失。另外，由于文獻[14]已經(jīng)使用時域CFD法計算了所研究的穿孔管消聲器的傳遞損失，故直接引用了其預測結(jié)果進行比較研究。


本文編號：3416730