设计分析和性能评价结合SYSNOISE的活性消音器

Mrs.Varsha Chitale-Pati^l,Mr.Amol R.Pati^l,Prof.R.B.Pati^l

我CAD / CAM的学生,机械部门,JNEC, BAMU奥兰加巴德,印度马哈拉施特拉。
我的学生设计,机械部门,名为SSBT, NMU, Jalgoan Mahatrastra、印度。
部门,教授,机械、JNEC、奥兰加巴德BAMU,马哈拉施特拉、印度。

文摘

噪音污染是由引擎时问题成了一个至关重要的问题在居民区或者区域噪声产生危害。问题的设计和使用大型消音器今天比以往任何时候都更为普遍。噪声的主要来源在发动机排气噪声和由于摩擦产生的噪声的各个部分引擎。排气噪声是最主要的。增加使用的大型工业机械和公众意识的增加和对噪声控制,希望可以为特定的应用程序能够正确设计消声器正在增加。由于消音器的大小和费用,将是有益的手段预测了插入损耗(IL)或传输损耗(TL)在设计阶段特征。正确做到这一点,许多因素如几何、流效果,打破噪音,必须考虑噪声和自我生成。目前有许多方法用于模型和调查消声器的声学性能(TL),包括分析方法如TMM,计算方法包括使用有限元法和本和实验测量技术,利用有限元法(FEM)和边界元法(BEM)可以帮助预测和设计。

关键字

结合Sysnoise软件、有限元、边界元

介绍

消声器是一个重要的噪声控制元素的机械排气噪声、风机噪声和其他噪声来源涉及气体的流动。一般来说,消声器可以定义为一个元素,流管行为减少声音传播沿管道,同时允许自由流动的气体流道。消音器可能是被动的,声音是减反射和吸收的声能在元素内。一个活跃的消音器是电子所产生的噪音是取消了前馈和反馈技术。

与计算机的计算速度和存储容量不断增加,使用有限元法(FEM)和边界元法(BEM)设计正在迅速增长。一个领域,给了自己一个非常好的这些方法是噪声控制的消声器系统的设计。有很多工作,已经做完的、更小的系统,如用于汽车和小型引擎,然而,更大的系统的设计(如并行挡板类型用于燃气涡轮机和其他大型工业机器)在很大程度上仍是猜测和经验扩展先前的结果。由于大尺寸,这些消声器系统的测试和高成本的困难,能够准确地预测施工和调试前的性能将会非常有益。

正确预测消声器系统的性能,许多因素需要参与计算。几何问题,吸收材料特性、流效应(湍流),打破噪音,自我产生的噪音,和源阻抗都需要包含在插入损耗(IL)的设计计算。而是建立指标可以用来比较,这些设计参数和讨论问题引起的实现。还请注意,方法只适用于传输损耗(TL)计算本质上是引进的。IL值是首选对于大多数应用程序作为最终设计标准;然而,TL值仍然非常有用当比较一个消声器性能的几何。

三种方法用于计算TL值实验室使用传统的有限元法和边界元方法(以下称为传统),针对传输矩阵和三分方法。注意,标准是用于测量而不是TL,但方法是相似的。这些方法给TL相似的结果,然而,有不同的计算时间,易用性和特定的应用程序。传统的方法包括两个完整的管道计算有或没有安装消声器。两者的区别产生的频率响应曲线是TL。历史上,针对方法一直是首选的计算方法和实例的能力被广泛认同理论和实验TL值记录。更最近,然而,三分法得到关注。

很容易来源于基本的波动方程,和少难以实现和修改,针对比方法。正如之前提到的,这三种方法将TL值,然而,与传统和三分方法,针对方法也给的压力和粒子速度值在进口和出口处标(即针对参数)的消音器部分被评估。设计消声器系统时在多个阶段,针对参数之间的连续性是必要的部分。然而,如果系统被评价为一个单一的实体,或者如果欲望是评估一个部分通过一个部分的变化和重新评估,然后针对参数不需要

三分法的主要优点是,只需要一个计算运行而traditional1和针对方法需要两个运行不同的几何形状和不同分别施加边界条件。因此,三分方法大大减少了计算时间。必须指出有针对的改进配方方法比原来的快,同时还针对维护参数。由于编程选项结合SYSNOISE(本研究中使用的数值程序),但是,它是不可能针对评估改进的方法和其他方法进行比较。结合SYSNOISE是一个基于有限元/边界元计算声学程序,允许用户输入一个几何图形,施加边界条件,选择环境参数,并解决导致方程组在一个,两个或三个维度。

一旦系统已经解决,一系列后处理选项可用来确定不同的性能特征。使用命令行代码,可以执行对所有三种方法计算,利用有限元法和边界元法,在二维和三维。

II.FEM /本

结合Sysnoise有能力执行有限元方法和边界元计算。然而,值得花一些时间讨论每个应用的基本原则解决消音器系统。当只使用的有限元法主要是室内声场几何计算。解决纯粹外观问题,或与有限元耦合interiorexterior问题,需要大域与近似建模终止边界条件。另外,无限的元素,像波包络的方法,可以在这些情况下使用。这两种策略需要广泛的收敛性测试是可信的。为了执行TL计算,所需的区域划分成一个网格的节点和元素。背后的基本理论有限元法显示每个元素只有交互直接相邻的元素。与明智的节点编号,导致的结果是一个带状系数矩阵方程组,可解决的速度比一个完整的系数矩阵。因为整个声域被认为是计算,也存在分配不同的元素类型的能力,和材料属性(如孔隙度和密度)的不同部分。 This is useful when trying to properly model absorptive materials. The BEM can be used to compute the interior, exterior, or both fields simultaneously. Unlike the FEM, the BEM only requires the perimeter of the silencer to be divided into nodes and elements and then solved. Also unlike the FEM, each node in the BEM mesh is inter-linked with every other node, which forms a full coefficient matrix. This greatly increases the computational time as the number of nodes increases. It is for this reason that the FEM is preferable for TL calculations.

三世。转移矩阵法

TMM使用消声器的传递矩阵元素作为元素的几何、函数的状态变量中,平均流速,管道内衬和属性,如果任何。结果下面对应的线性声传播的平面波叠加流的存在。在某些情况下,矩阵也可能受到非线性效应的影响,高阶模式,和温度梯度;这些后者效应,可以包括在特殊情况下,讨论了定性后在本节中,但他们被排除在下面描述的分析过程。下面列出的变量和参数出现在大多数活性元素的传递矩阵的关系。

1.3针对传递矩阵法:-

针对方法的发展是众所周知的,可以发现在任何消声器的设计。时间将会花在解释结果的公式和如何实现它们在FEM / BEM建模方案。针对使用方法,消音器系统评估在进口和出口处标部分正常的声压和质点速度图2 1说明了测量位置为一个扩张室消声器。

IV.LITERATURE审查

[1]。Bilawchuk,投资者fyFe”,比较和实现的各种数值方法用于计算传输损耗在消声器系统”应用声学64 (2003)903 - 916

1。有限元法和边界元法的使用帮助声学工程设计正在迅速增加。与有限元与边界元法结合使用时,传统的针对&三分方法可以设计声消声器系统的有力工具。

2。本已经给安静缓慢相比,有限元法。因此,它应该只用于当建模要求其灵活性,如插入损耗预测(由于所需的内部/外部耦合),之间的基本区别4-polemethod三分法表明,每一个设计更适合某些特定的应用程序。

3所示。针对方法更适合使用如果一连串的消声器元素。所需的方法针对生产参数连续性之间相邻的部分。它比三分法慢因此不建议多个运行或优化。三分法,因此是一个很好的工具来评估修改个人的反应参数,如挡板间距,吸收材料属性,总的来说,消音器长度7 ct效果的多个小室。

[2]K.S.安德森(2008)“分析消声器性能使用传递矩阵法”,生产的COMSOL消螨酚/ S dk - 5500发射技术,Middelfart,丹麦。

1。他工作排气噪音,立法目标,客户期望和成本降低,排气系统的设计优化。

2。一个解决方案是使用三维线性声学和压力计算消声器的传递矩阵。传递矩阵计算的基础是消声器的插入损失或传输损耗。

3所示。comsol的3 d仿真不同的消声器配置测量验证了在流声学测试平台使用两个源的方法。

[3]。马森,P。kogan和埃雷拉(2008),“优化”利用微穿孔板消声器传递损失,我congreso Iberomericano de Acustica A168——2008年国际汽联。

1)w oforked声学性能的优化成本低、简单的几何采用微穿孔板消声器(MPP)扩张室。

2)传输损耗(TL)给出的计算方法是与实验室测量相比,对于包含微穿孔板消声器和。

3)优化计算是基于简单计算传递矩阵的方法。然后,他们使用bpundary单元法(BEM)为了比较TL的评价

4)症显示生成的活性影响消声器几何重要得多比提供的MPP耗散效应。

[4]N.K.Vijaya sree,马丁蒙贾尔(2012)“在一个集成的多连通消声器传递矩阵法”,《声音和振动,331卷。

1)商业汽车消声器通常是复杂的形状和多连通零件和复杂的声学元素。

2)这类复杂消声器的分析一直是一个巨大的挑战。

3)马丁蒙贾尔开发了一个综合分析复杂消声器的传递矩阵法。

4)集成传输矩阵额定的状态变量在整个截面消声器外壳,沿着轴移动之一消声器,可以分割状态变量的适当为了与不同截面管构成。

[5]是Denia,。Selamet和F.J. fuenmyora, r·柯比(2007)“声衰减性能的多孔耗散消声器与空进口/出口扩展”,杂志的声音和振动,Vol.302 pp.1000 - 1017

穿孔耗散圆形消声器的声学行为与空扩展进口/出口详细调查的二维轴对称的分析方法相匹配的整个几何不连续声压和速度,和Denia所呈现的有限元法等。

impendance复杂特征、波数和穿孔阻抗都被考虑进去

[6]n。迪克。Selamet J.M.诺瓦克(1998),“多通道穿孔管消声器计算方法”,日记的声音和振动卷211 (3),pp.435 - 448。

时域计算方法应用于预测multipal通过与穿孔管消声器声学性能部分。

研究表明,非线性一维方法可能拉迪亚包括时间和特殊的振动在声压级,孔板流速度,和平均管流,所有这些影响多孔管的地方孔行为元素,并因此总体降噪特征。

V。案例研究

风机的噪声控制在出口的声音疲惫介绍数值例子。根据倍频带声压级测量声音计1米,主导(最大)声能被认为在500赫兹的频率。如图6所示,可用空间,适用于高架侧进口/出口消音器被限制为0.4 w h * 0.4 * 0.8 l (Lo = 0.8 M和M = 0.4)。的排气管是局限于0.0508米。有效抑制精疲力竭的噪音水平,能源发出声音的主导频率500赫兹因此被选中作为主要目标频率噪声消除此外,获得最大噪声降低,空间约束下的形状优化消声器是随后义务。在这项研究中,两个梯度方法(IPFM EPFM, FDM)和遗传算法结合图形分析将被应用在以下数值评估。相关设计体积流率是局限于0.8(立方米/秒)。

VI.CONCLUSION

使用有限元法和边界元法来帮助声学工程设计正在迅速增加。使用时结合有限元方法和边界元,针对传统的和三分方法可以设计声消声器系统的有力工具。本已被证明是相当缓慢的有限元法相比。因此,它应该只用于当建模要求其灵活性,如插入损耗预测(由于所需的内部/外部耦合)。同时,针对之间的根本差异法和三分法表明,每一个更适合特定设计的应用程序。传统的方法,虽然一样准确的其他两个方法(由于平面波假设和入口和出口边界条件),耗时更难以实现是由于两个不同的几何形状的要求。针对方法更适合使用如果一连串的消声器元素。所需的方法针对生产参数连续性之间相邻的部分。它是低于三分法,因此不建议多个运行或优化。如前所述,有一个针对修改方法,已被证明是一样快的三分法,但该方法所需的代码,与结合SYSNOISE是不可能实现。三分法,另一方面,是准确和易于使用。 It is faster than the traditional and 4-pole methods and lends itself very well to repeated computational runs for optimization. It does not produce the 4-pole parameters and, as such, the section being evaluated cannot be inter-linked with other sections. In order to perform such an evaluation, all of the sections would need to be created as one large section and then meshed and evaluated. The 3-point method, therefore, is a great tool for evaluating the response of modifying individual parameters such as baffle spacing, absorptive material properties, overall silencer length and width, and effects of multiple small chambers.

七世。未来的工作

有很好的协议与三分理论和有限的实验结果的计算方法。这鼓励进一步处理完整的三维模型的活性和并行挡板消音器系统更好的比较结果。还在未来,其他参数如吸收、流量和温度效应应该添加到模型中增加准确性。自我产生的噪音在出口处和突破噪音的系统还应该调查。最终的IL系统所需的值,这样总可以评估声学对安装的影响。

承认

作者要感谢国际创新研究期刊》的研究在科学、工程和技术Prof.R.B。帕蒂尔JNEC奥兰加巴德,机械工程系有价值的指导,和Mr.Amol帕蒂尔对这项工作的支持。

引用

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