多个内插管并联结构消声器的插入损失计算

　　中、小功率柴油机已广泛被作为小型船只、发电机组、农机产品以及园林机械等的动力装置,它所带来的噪声问题已成为环境污染的重要问题之一.排气噪声是柴油机的主要噪声源,柴油机排出气体的特征是高温、高速、带油污且有时还带火花.因此,在中、小功率柴油机中广泛使用抗性结构消声器.目前多个内插管并联结构常用于抗性消声器中.本文利用声波在多个内插管结构中的传播特性,得出具有多个内插管并联管路结构声学元件的声传递矩阵,并根据插入损失的定义对柴油机排气消声器进行插入损失模拟计算.

　　1　多个内插管并联管路声学元件的声传递矩阵

　　1.1　基本方程

　　消声器管道系统中具有多个内插管声学元件的声学结构,可以将其看作存在旁接支路的多路并联结构^[1].

　　设在入口N0处的声压为P0,体积速度为U0,在出口N处的声压为P,体积速度为U.管道在N0处分成n个内插管支路和一旁接环行空腔nk,到了N处又汇合到一起.由分叉点N的声压连续和体积速度连续条件得:

　　设各个内插管支路的传递矩阵分别为:

式中Ai、Bi、Di为第i个内插管的传递矩阵元素.

　　则可得到多个内插管结构的声学管路入口与出口的声压和体积速度的关系表达式:

　　1.2多个内插管并联管路声学元件的声传递矩阵

　　根据多个内插管结构的声学管路入口与出口的声压和体积速度的关系表达式,写成矩阵形式[1]:

　　1.3　扩张室具有单个内插管结构的声传递矩阵

　　可将扩张室中具有内插管看成是截面突变处存在旁接支路的情况(图2A、2B),以分截面突然收缩与截面突然扩张2种情况分别表述.

　　(1)具有内插管截面突然收缩[1,2]情况:图2A为具有内插管截面突然收缩的情况,考虑到气流的影响,其传递矩阵为:

其中:L1——内插管插入有效深度,m、m3——相对面积比,m=S2/S0,m3=S3/S0;R——面积比,R=m2/m1=S2/S1;M——气流的马赫数,M=S0M0/S2;M0——主管道气流的马赫数,S0——主管道的截面积.

　　(2)具有内插管截面突然扩张[1,2]情况:图2B为具有内插管截面突然扩张的情况,考虑气流的影响,其传递矩阵为:

　　扩张室中具有内插管的情况,可看成由截面突然收缩与截面突然扩张2个子结构连接而成,因此,式(10)中的Ai,Bi,Ci,Di元素可以通过下式求得:

　　2　柴油机排气消声器插入损失的计算模型

　　根据插入损失定义可得频带插入损失[3,4]: