авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Разработка современных методов расчета и проектирования автомобильных глушителей шума с требуемыми характеристиками

-- [ Страница 3 ] --

Если параметр определить из условия существования в камере только плоских звуковых волн, то это условие по аналогии с (24) определиться соотношением

. (26)

С другой стороны в формуле (25) для OTLmax величину под знаком логарифма можно рассматривать как квадрат коэффициента потерь 2, показывающий во сколько раз ослабляется амплитуда звуковой волны при ее прохождении через камеру. В данном случае . Тогда произведение коэффициента потерь на нормированную ширину рабочего частотного диапазона есть величина постоянная:

. (27)

Формулу (27) можно рассматривать как своего рода соотношение неопределенностей, показывающее, что чем больше требуемое значение обобщенных потерь, тем уже частотный диапазон, на котором оно может быть достигнуто с помощью камеры расширения, и наоборот.

Для повышения акустической эффективности камерного глушителя его делают многосекционным. Были проведены расчеты для двухсекционного глушителя, которые показали, что наличие второй секции значительно повышает обобщенные потери. Оптимальные конфигурации двухсекционных камерных глушителей для двух значений коэффициента представлены на рисунке 12. Чем уже рассматриваемый частотный диапазон и соответственно выше обобщенные потери глушителя в этом диапазоне, тем больший объем глушителя для этого требуется. Заметим, что первая секция в этом глушителе является также оптимальной и для односекционного камерного глушителя. При =1 общая относительная длина такого глушителя n=1,78. Соответственно, относительная длина второй секции n2=1,1. При =1/2 эти параметры принимают следующие значения: n=3,2 и n2=2,1.

В четвертой главе рассмотрены резонаторные глушители шума, относящиеся к классу реактивных глушителей шума, характеристики заглушения которых имеют ярко выраженный частотно избирательный характер. К ним относятся резонатор Гельмгольца, четвертьволновый резонатор, камерный резонатор, представляющий собой камеру расширения малой длины, и камерно-резонансный глушитель в виде камеры расширения с выдвинутыми внутрь камеры входным и (или) выходными патрубками. К резонаторным глушителям могут быть также отнесены глушители с перфорированными трубами, но они рассмотрены отдельно в следующей главе.

Основное внимание в данной главе уделено резонатору Гельмгольца в канале. Как и в случае с камерой расширения, были рассмотрены наиболее распространенные математические модели такого резонатора: простейшая модель, имеющая дело с плоскими звуковыми волнами; упрощенная модель, учитывающая затухающие высшие моды колебаний; обобщенная модель, рассматривающая распространяющиеся высшие моды колебаний. На их основе выполнены расчеты акустических характеристик резонатора и проведен сравнительный анализ полученных при этом результатов с результатами, полученными с помощью конечно-элементных моделей.

В простейшей модели резонатора Гельмгольца, в которой жесткая замкнутая поверхность резонатора, характеризуемая только объемом V, соединяется с каналом с площадью поперечного сечения S через горло с площадью поперечного сечения Sо и длиной l. При этом вводится параметр . Предполагается, что размеры резонатора много меньше рассматриваемых длин волн.



Расчетная схема резонатора Гельмгольца, размещенного на стенке, представлена на рисунке 13. В плоскости, разделяющей горло резонатора от внутреннего объема канала, должны выполняться условия непрерывности звукового давления и объемной скорости, а кроме того, амплитуды звукового давления Pо и колебательной скорости Vо в горле резонатора связаны между собой через акустический импеданс резонатора Zо=Pо/Vо или его нормированное значение . При этом матрица передачи и потери передачи такой система имеют вид

; (28)

, (29)

где

; (30)

–нормированное сопротивление

трения; le= l + lпр – эффективная длина горла; lпр– его присоединенная длина, lпр = d0; – коэффициент пропорциональности в первом приближении равный 0,75.

В такой простейшей модели резонатора его собственная частота .

Для эффективного применения резонаторов Гельмгольца, важно уметь правильно подбирать его геометрические параметры. В качестве исходных данных при расчетах обычно принимаются собственная частота резонатора и ширина резонансной кривой, которые определяются геометрическими параметрами системы. В системе с резонатором Гельмгольца в канале к трем параметрам, характеризующим сам резонатор, добавляется еще один, определяющий поперечные размеры канала. В итоге приходим к системе двух уравнений с четырьмя неизвестными, что не позволяет выбрать параметры резонатора однозначным образом и может приводить к решениям, далеким от оптимальных. В данной работе представлен подход, при котором однозначность выбора обеспечивается, причем с учетом исходных требований к характеристикам резонатора Гельмгольца.

В соответствии с общим подходом вводится в рассмотрение вместо частоты ее безразмерный аналог 0=d/0, где 0 соответствующая резонансной частоте длина волны; d диаметр канала или эквивалентный по площади диаметр, если сечение канала отличается от круглого. Кроме того, вместо ширины полосы резонансной кривой =с0/(2mle) вводится в рассмотрение безразмерная ширина полосы резонансной кривой =d/(2c). Геометрические параметры резонатора выражаются в относительных величинах, с привязкой к диаметру канала, для чего определяются следующие безразмерные параметры:, , . Это позволяет придти к следующему уравнению

, (31)

которое связывает между собой акустические параметры рассматриваемой системы с ее геометрическими параметрами и служит основным уравнением для определения параметров системы «резонатор Гельмгольца – канал».

Решение уравнения (31) дает

. (32)

На рисунке 14 представлены графики, построенные в соответствии с формулой (32), для значения коэффициента присоединенной длины =0,75, которые показывают, что чем меньше значения параметров и , тем меньше соответствующее значение , и при этом, влияние на эту величину параметра будет существенным. С ростом ширины полосы влияние длины горла на его диаметр становится все меньше и при значении = 0,03, что, например, примерно соответствует относительной толщине стенок труб в выпускных системах автомобиля, влиянием этой величины можно пренебречь уже при > 0,04. Исходя из этого, а также с учетом практических соображений, при таких значениях целесообразно принять длину горла равной толщине стенки канала.

Следует отметить, что на получаемые из (32) значения не накладывается никаких ограничений. Поэтому в ряде случаев искомый диаметр горла резонатора может принимать небольшие значения, так что потери на трение в горле резонатора будут достигать значительной величины. Во избежание этого минимально допустимое значение потерь передачи на резонансной частоте TL0 необходимо задать в качестве исходных данных.

При этом для эффективной работы резонатора значение TL0 должно быть не менее 20 дБ. Последнее условие будет определять минимально возможный относительный диаметр горла резонатора . Если диаметр принять равным и определить соответствующий этому диаметру ширину полосы , а затем и объем , то полученное значение будет определять минимально возможный объем резонатора Гельмгольца с принятыми исходными данными. Когда относительный диаметр горла и связанный с ним параметр установлены, тогда из (31) можно получить необходимый относительный объем резонатора и, таким образом, конфигурация резонатора Гельмгольца, удовлетворяющая исходным данным, оказывается полностью определенной.

В упрощенной модели резонатора Гельмгольца, в отличие от предыдущей простейшей модели, объем резонатора определяется через его длину lр и площадь поперечного сечения Sр, остающейся постоянной по длине резонатора. При этом рассматривается распространение плоских звуковых волн вдоль продольной оси резонатора. Для резонатора Гельмгольца с коротким горлом и длинной камерой, когда с одной стороны l << lр, а с другой kl << 1, выражение для нормированного импеданса резонатора o, в пренебрежении потерями на трения, приводится к виду

, (33)

Собственная частота такого резонатора 0, определяемая условием Imo, может быть получено лишь в первом приближении. Формула (33) позволяет уточнить собственную частоту резонатора. Установлено, что погрешность, которая дает простейшая модель резонатора в оценке собственной частоты возрастает с увеличением отношения длины камеры к ее диаметру, и что она не превышает 5%, если это отношение меньше 0,23.

Рассмотрение обобщенной модели резонатора, в которой объем резонатора представляется в виде цилиндра диаметром dр и длиной lр позволило определить собственные частоты резонатора высоких порядков. При этом значение первой собственной частоты оценивается также по формуле (33), но входящее в эффективную длину горла le присоединенная длина lпр определяется в этом случае формулой

, (34)

где ; .

Как следует из (34) для резонаторов с узкой и короткой камерой, когда высшие моды не успевают затухнуть, присоединенная длина lпр зависит от длины камеры lр, что будет в свою очередь влиять на собственную частоту резонатора.

Результаты конечно-элементного моделирования данной задачи показали хорошее соответствие с результатами аналитического решения. Численными расчетами показано, что собственная частота резонатора Гельмгольца в канале определяется не только параметрами самого резонатора, но зависит также от размеров и формы канала, так что, например, каналы круглого и квадратного сечения одной площади буду приводить к разным значения резонансной частоты. Так для круглого канала диаметром 17 мм (рисунок 15) резонансная частота системы составила 640 Гц, а квадрат канал равной площади снижает эту частоту до 620 Гц, что объясняется различной присоединенной длиной горла для этих двух случаев. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании резонаторов.

Проанализированы акустические характеристики коротких камер расширения, как резонаторных элементов, в сравнении с характеристиками резонаторов Гельмгольца.

В данной главе были также рассмотрены модели скачка сечения канала с импедансной боковой поверхностью, которые затем были использованы для определения акустических характеристик резонансно-камерного глушителя, сочетающего в себе свойства камерного и резонаторных глушителей, что позволяет гибко менять и подстраивать нужным образом его характеристики заглушения.

В пятой главе рассмотрены комбинированные глушителе шума, составной частью которых, как правило, являются элементы с перфорированными трубами. В самом начале будет рассмотрен наиболее простой из такого типа глушителей, так называемый концентрический резонатор, а также некоторые разновидности.

Рассмотрена математическая модель секции глушителя с концентрической перфорированной трубой с последующим ее использованием для оценки типовых элементов глушителей шума с перфорированными трубами. Применение специальной системы индексов, определяющих схему прохождения звуковой волной перфорированной секции (рисунок 16), позволило получить универсальные выражения, описывающие матрицы передачи перфорированных элементов различных типов, как прямоточных. Так и с заглушкой в центральной трубе.





Получены и проанализированы потери передачи перфорированных элементов в зависимости от параметров системы. Использование безразмерных параметров, выраженных через диаметр патрубков, позволило перейти к обобщенным характеристикам перфорированных элементов.

Так для концентрического резонатора, схема которого представлена на рисунке 17 такими параметрами являлись степень расширения m, относительная длина n, а также нормированный импеданс перфорации , зависящий в первую очередь от пористости перфорации , как

отношения площади отверстий перфорации к общей площади перфорированной поверхности. Графики потерь передачи концентрического резонатора как функции безразмерного параметра представлены на рисунке 18.

Эти графики показывают, что на низких частотах, при малых µ и больших , потери передачи концентрического резонатора практически совпадают с потерями передачи камеры расширения соответствующих размеров, т.е. при этом перфорацию можно считать акустически прозрачной. При этом концентрический резонатор вырождается в простую камеру расширения. С ростом частоты огибающая потерь передачи начинает возрастать, принимая на некоторой резонансной частоте, определяемой импедансом перфорации, максимальные значения. Вообще, пористость перфорации оказывает гораздо более существенное влияние на резонансную частоту, чем степень расширения m. При достаточно малой пористости приходим к другому предельному случаю, когда характеристики концентрического резонатора приближаются к характеристикам резонатора Гельмгольца.

Экспериментальное исследование концентрических резонаторов показало хорошее соответствие полученных результатов с расчетными данными.

В данной главе рассмотрен также трубчатый глушитель, относящийся к глушителям диссипативного типа, по сути, представляет собой концентрический резонатор, объем которого заполнен звукопоглощающим материалом (ЗПМ) (рисунок 19).

При этом вывод выражений для матрицы передачи такого глушителя совпадает с тем, что было сделано выше для концентрического резонатора. Отличие состоит только в том, что в уравнениях непрерывности и движения для объема, заполненного ЗПМ, плотность воздуха и

волновое число будут комплексными величинами. В работе оценка акустических характеристик ЗПМ проведена как теоретическим, так и экспериментальным путем.

В предложенной математическая модель волокнистых ЗПМ (рисунок 20), в отличии модели пористого материала Рэлеем, где пористый материал представляется в виде идентичных цилиндрических пор с пористостью , характеристики поглотителя в целом определяются по характеристикам поглощения в одной поре с диаметром поперечного сечения dг = 4Sп/Pп, где Sп и Pп соответственно общая площадь и общий периметр пор в поперечном сечении материала. При

этом предполагая, что волокна поглотителя имеют круглую форму поперечного сечения с диаметром dв, будем иметь: .

Рассмотрены методики экспериментальной оценки акустических характеристик таких материалов. Предложен регрессионный метод определения характеристик материалов в импедансной трубе. Экспериментально получены акустические характеристики (комплексные плотность и постоянная распространения) ЗПМ на основе базальтового волокна. Используя полученные характеристики ЗПМ, вычислены потери передачи трубчатого глушителя. Результаты вычислений сравнивались с результатами стендовых испытаний такого глушителя. При этом было получено хорошее соответствие теоретических и экспериментальных результатов.

Исследовались комбинированные глушители шума, содержащие рассмотренные выше элементы расширительного, резонаторного и диссипативного типов. Такие глушители имеют довольно сложную конфигурацию, благодаря чему имеется возможность разнообразного изменения их акустических характеристик в широких пределах.

На рисунке 21 представлена расчетная схема комбинированного глушителя, состоящего из трех секций, две крайние из которых работают как расширительные камеры, а центральная, представляет собой секцию с перфорированными трубами. При этом для наглядного представления о перфорированных трубах корпус средней камеры не показан.

Расчеты потерь передач такого глушителя показали, что используя различные сочетания перфорированных и не перфорированный труб и изменяя параметры перфорации труб можно не только значительно изменять резонансные частоты такого глушителя, но и его эффективность как низкочастотном, так и высокочастотном диапазонах.

Рассмотрены общие принципы работы активных глушителей шума, основанные на деструктивной интерференции основного и дополнительно создаваемого звуковых полей. Определены принципиальные возможности гашения шума активным методом. Рассмотрены структурные схемы активных систем гашения в каналах и проведена оценка их акустической эффективности.

Проведен анализ алгоритма работы системы активного гашения шума, реализующий метод синтеза гасящей волны. Проанализированы быстродействие и устойчивость работы такого рода активной системы в зависимости от ее параметров. На этой основе получена диаграмма устойчивости системы. Показано, что определяющим фактором устойчивости системы, помимо коэффициента сходимости, является наличие задержки между сигналами ошибки и управляющим сигналом.

Изготовлен макетный образец активной системы, как прототипа активного глушителя шума (рисунок 22, а). Реализация адаптивного фильтра проводилась на персональном компьютере, дополнительно оснащенном платой с аналого-цифровым и цифроаналоговым преобразователями. Система тестировалась на гармоническом звуковом сигнале. При ее включении звуковое давление на выходе системы начинает плавно затухать, постепенно трансформируясь из периодического в случайный и достигая при этом некоторого остаточного уровня, обусловленного фоновым шумом в помещении (рисунок 22, б).

Испытания системы показали, что в зависимости от порядка адаптивного фильтра, определяющего степень точности формирования гасящей волны, эффективность гашения менялась от 5 до 20 дБ. Таким образом, разработанный экспериментальный образец активного глушителя показал его высокую эффективность для гашения периодических составляющих шума, связанных, например, с частотой вращения коленчатого вала ДВС.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.