汽车排气系统的声学设计.ppt

排气系统的构成 连接发动机出口，用排气管道连接热端（催化器）和冷端（消声器）构成 常用汽车消声器的分类 一、汽车消声器的常规结构设计 阻性消声结构 抗性消声结构 阻抗复合消声结构 扩散消声结构 阻性消声器 原理 利用声阻进行消声。一般是利用多孔吸声材料来制作阻性消声器，当声波通过敷设有吸声材料的管道时，声波将激发多孔吸声材料中众多小孔内空气分子的振动，由于摩擦阻力和粘滞力的作用，使得一部分声能转化为热能耗散掉，从而达到消声目的。 阻性消声器的计算方法 赛宾公式： 彼洛夫公式： 消声器的高频失效 高频失效：高频不能很好的用平面波近似，方向性强，以窄声束的形式沿通道传播，很少或根本不与饰面接触，造成消声量急剧下降。 抗性消声器 抗性消声器主要是利用声抗的大小来消声的，利用各种不同形状的管道和腔室进行适当的组合，提供管道系统的阻抗失配，使声波产生反射或干涉现象，从而降低由消声器向外辐射的声能。 常用于汽车消声器设计的技术：扩张室式、共振腔、干涉等 扩张室消声器 原理 利用管道的截面突变引起声阻抗变化，使得一部分沿着管道传播的声波反射回声源；同时，通过腔室和内接管长度的变化，使得向前传播的声波与在不同管道截面上的反射波之间产生 180o的相位差，相互干涉，从而达到消声的目的。 共振腔消声器 原理 利用共振吸声 ，当声波入射到共振腔口时，因为声阻抗的突然变化，一部分声能将反射回声源。同时在声波的作用下，孔径中的空气柱产生振动，振动时摩擦阻尼又使一部分声能转变为热能而耗散掉，仅有少量声能辐射出去，从而达到了消声的目的。 阻抗复合式消声器 阻性消声器对中、高频噪声的消声效果好，而抗性消声器则适于消除低、中频噪声。将阻性、抗性两种结构的消声器复合起来使用获得宽频带的降噪效果。 不同方式的组合，可设计出不同结构形式的阻抗复合消声器。一般情况下，是抗性部分放在前面(入口端)，阻性部分放在后面。 消声器空间几何尺寸的限制 原则上，增大消声器的外几何尺寸，可以提高消声量。但是受到底盘布置的限制，增大背压阻力。 截面形状对消声效果也有不可忽视的影响。 排量频繁变化的脉动气流使得静态的声学计算要做出很多修正。 消声器中的压力损失计算 气流在净化消声器中的流动状况虽然比较复杂, 但是引起局部压力损失最大的通流结构, 可以简化为两种基本的物理模型:通流面积的突然扩张和通流体面积的突然收缩. 1、通流面积突然收缩 根据连续、能量和动量方程，经推导可得到下式： 2、通流面积突然扩张 排放、噪声、油耗三个标准同时满足对传统设计理论的挑战 重要的设计原则 二、特殊结构的消声元件 锥形扩散管 只要扩散管的锥角?不过份大以免造成气体脱流, 这种结构所造成的气流阻力是很小的, 几乎没有局部压力损失, 可以有效地抑制气流再生噪声。 这种结构常被用作传声筒, 然而用作消声元件, 还未见报道。 以下的推导证明, 锥形扩散管对于低频噪声有明显的抑制作用 锥管的声阻抗推导 根据球坐标下声扰动的波动方程, 假设波是均匀的, 波阵面上的各个参量相同, 可得 锥形扩散管的声阻抗 实部是声阻, 虚部为声抗 。声抗表示辐射不出去的能量。声抗越大, 则表示储存在接近场的声能越多, 即消声效果越好 当L给定时, 可找出某一频率, 在此频率上声抗最大, 即消声量最大。这个结果只限于低频 2、直颈锥管声电类比图 结 论 直颈锥管式消声结构阻力小，可有效地抑制中低频噪声； 其结构特点适合于圆形截面的消声器。尤其适合于要求功率损失小，底盘空间较大的车型（例如：SUV，载重货车）的主消声器。 2、螺旋整流式消声结构 排气噪声频谱对比 螺旋整流式消声器负荷曲线 三、气流再生噪声的控制技术 扩散消声器 小喷口高压排气或放空所产生的空气动力性噪声是环境噪声中的强声源之一。对其声源特性的研究和控制技术的研发均有较大的发展。诸如小孔喷注、多孔扩散、节流降压等消声器有效地控制了这类声源的环境污染。 原理： 利用小孔的移频效应，把喷注噪声频率移到人耳不敏感的超声频范围。 定值噪声测量结果 怠速定值噪声频谱对比 怠速定值噪声频谱对比 喷注尾管定值噪声测量结果 喷注尾管定值噪声测量结果 四、空气导声的隔声机理与控制 材料一侧的入射声能与另一侧的透射声能相差的分贝数就是该材料的隔声量，通常以符号R（dB）表示 单层匀质薄板的隔声性能 1．匀质薄板的隔声频率特性曲线 1）影响隔声频率特性曲线的几个参量 薄板的隔声性能主要由控制板振动的三个物理量决定，即： 板的面密度M；板的劲度B；材料的内阻。 2）隔声频率特性曲线 典型的匀质薄板隔声频率特性曲线如下图所示。曲线可分为三个区域：