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汽车排气消声器性能的三项主要评价指标概述

声振之家 2020-06-29 13:44:08

评价消声器性能时,应综合考虑声学、空气动力学性能和结构强度、经济性等方面的要求。消声器应在工作气流的温度、流速和压力条件下,在需要的频率范围内具有良好的消声效果,并且阻力损失小,即安装消声器不能影响气流畅通和降低风量;消声器必须适应其具体的工作环境,具有适当的外形和小的体积,结构简单便于制造和安装,坚固耐用,工作可靠而且寿命长。 


评价排气消声器性能的指标主要有三项:消声量、消声频率范围及阻力损失。


01. 消声量

评价消声器的消声量指标有插入损失IL和传递损失TL辆项。


消声器的插入损失是指空间某固定点所测得的安装消声器前后的声压级之差或声功能之差,即:


式中,Lp1Lp2分别为安装消声器前后在某测点处测得的声压级。 


插入损失的测量如下图所示::


图1 插入损失测量


消声器的插入损失可以通过四端子网络声场传递矩阵的四端子参数计算得到:

式中,ABCD为消声系统总的传递矩阵元素;A'、B'、C'、D'为在未安装消声器时与原消声系统等长直管的传递矩阵元素;Zr为尾管声辐射阻抗;Ze为声源阻抗。


由于内燃机声源内是坚硬壁体且封闭,因而内阻很大,即:

根据插入损失定义可以得到消声系统插入损失数学模型为:


测量内燃机排气消声器的插入损失时,测点应选在距排气口0.5m处,传声器指向排气口并与排气口轴向成45°夹角。为保持测点不变,未装消声器时应加装一节空管以使排气口位置不变。可见插入损失的测量简便易行,并反映了使用消声器的实际效果。但插入损失不仅与消声器有关,还与声源特性、消声器末端阻抗有关。


插入损失对现场环境要求不高,适合于各种现场测量。但插入损失不只是单纯反映消声器本身的消声效果,而是反映声源、消声器及消声器末端三者声学效果的综合。其数值往往会比传递损失小一些。


消声器的传递损失表示消声器输入和输出噪声能量的相对变化关系,定义为消声器入口和出口的声功率之差,即:


式中,W1W2分别为消声器入口和出口处得声功率;LW1LW2分别为消声器入口和出口的声功率级。传递损失的测量如下图所示:


图2 传递损失测量


图3 轴对称抗性消声器示意图


消声器的传递损失TL可以通过四端子网络声场传递矩阵的四端子参数计算得到:


式中,ABCD为消声单元传递矩阵元素;Zr为尾管声辐射阻抗,Zr=R+iX,其中:



ρ为介质密度;a为尾管半径;S为尾管横截面积;ω为声波角频率;k为声波波数。

传递损失反映了消声器本身的传递声波的特性,不受声源管道和尾管的影响,因此在对消声器进行理论分析和设计计算时,更多地使用传递损失。其不足之处就在于消声器传递损失的测量比较困难。


02. 频率范围

消声器的频率范围指消声量显著的频率或频带。一般以倍频程和三分之一倍频程来表示消声器的频率特性。这方面没有统一的定量评价指标,一般要求所消声的有效频带范围越宽越好,人敏感的频率范围应有足够的消声量,声源辐射噪声大的频段应有较大的消声量,这样应用消声器降噪的效果就比较好。


03. 阻力损失

任何排气消声器都是安装在气流通道上,由于消声器内壁的摩擦,弯头、穿孔板、管道截面突变和吸声材料等原因,必然会影响机器的空气动力性能,对气流过大的阻碍作用会导致内燃机明显的功率损耗或输出能量下降,甚至使机器无法工作。阻力损失就是用以评价消声器空气动力性能的指标。


消声器的阻力损失一般可用静压差和阻力系数表示,考虑消声器的入口和出口处截面积不同,气流速度相等,故动压相同,阻力损失仅取决于静压的变化。定义静压差为消声器入口与出口处得静压之差,定义阻力系数为静压差与其测点端面上的动压之比。静压差和阻力系数越小,说明消声器的阻力损失越小。


除此之外,根据消声器所工作的环境还必须对消声器的结构性能进行评价。内燃机排气消声器工作在高温、有气流冲击和振动这样相对严酷的环境中,因此除了良好的消声性能和空气动力性能外还应满足耐高温、耐腐蚀、耐振动、坚固耐用、工作可靠、使用寿命长;体积小重量轻;结构简单、易于加工、成本低。

本文摘录自百度文库《汽车消声器理论的分析计算与设计》一文,作者:Yang Jiangkun,指导老师:Associate Prof. Zhu Congyun,封面图片来自搜狗百科。

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