直通穿孔管消声器与横流穿孔管消声器消声性能对比研究

　　0 前言

　　汽车噪声约占城市环境噪声的75％［1］，排气噪声是汽车的主要噪声源之一。 目前汽车排气噪声已成为影响面很广的环境噪声污染源， 必须对其严格控制。 直通穿孔管消声器有良好的消声性能和较低的压力损失； 横流穿孔管消声器有较宽的消声频带和良好的消声性能， 因此两者均被广泛用于汽车排气噪声控制。

　　本文使用三维声学软件sysnoise， 利用有限元方法计算直通穿孔管消声器和横流穿孔管消声器的传递损失，得出两者的传递损失对比曲线图，为消声器的选配提供依据。因为穿孔管消声器穿孔孔径小并且数量多，进行有限元建模有一定的难度，并且使得单元数量增加，所以计算中使用了 Mechel 公式计算得到的声阻尼作为穿孔壁面的边界条件。

　　1 传递损失

　　传递损失LTL的定义［2］：消声器入口处入射声功率级与出口处透射声功率级的差值。 公式为：

　　式中LW1———入射声功率级； LW2———透射声功率级； W1———入射声功率； W2———透射声功率。

　　传递损失不包括声源和管道终端的消声性能，只与自身结构有关，不受反射声的影响，受生源和环境的影响也较小，是评价消声器消声效果最简单的一种方法。

　　2 穿孔管模型简化及应用

　　2．1 理论

　　穿孔板可以由施加了阻尼边界条件的连续板代替［3］［4］。 穿孔板结构如图 1 所示，其声阻抗 ZP可用以下公式来进行计算：

　　式中： ΔP 表示穿孔板两侧的压力差

　　V 表示小孔内流体平均流速

　　2．2 Mechel 公式

　　当穿孔板不太厚时（l ＜＜4a），可 以 使 用Mechel 公式计算 ZP的值［3］［4］：

　　式中： ω 角频率（f＝ω2π）； η流体的动粘滞度； ρ0流体密度； a穿孔半径； j 虚数单位； ε 穿孔率，即穿孔面积与总面积的比。 圆孔正六边形排列情况下，ε＝，圆孔正方形排列情况下，ε＝πa2d2，其中 d为小孔间距。 本文采用圆孔正方形排列。

　　圆孔正方形排列的情况下：

　　2．3 在 sysnoise 中的应用

　　定义阻尼传递矩阵， 用连续线性板代替穿孔管［3，4］。 阻尼传递矩阵为，其中：K 为穿孔管内径与外径的比值； β 为声阻尼倒数。

　　在sysnoise5．6 中，FEM Fluid 模型中内外壁面之间声压和速度通过阻尼属性建立相关关系。 其关系为：

　　其中vn1———第一个选择面的节点上的法向速度；vn2———第二个选择面的节点上的法向速度； p1———第一个选择面的节点上的压力； p2———第二个选择面的节上的压；α1，α2，α4，α5———阻尼复系数， 分别与 β，－β，－Kβ，Kβ 对应； α3，α6———声源复系数。