内燃机排气系统声学仿真方法与设计技术研究

1、 哈尔滨工程大学硕士学位论文内燃机排气系统声学仿真方法与设计技术研究姓名：边杰申请学位级别：硕士专业：动力机械及工程指导教师：季振林20110312 摘插入损失是评价消声器声学性能最有效的指标，为了计算插入损失，需要获得内燃机排气噪声的源阻抗、排气系统的四极参数以及尾管口的辐射阻抗三个要素。本文介绍了内燃机排气噪声源阻抗的研究现状与获取方法，对几种主要的多负载法进行了详细的比较和讨论，阐述了它们的优缺点。最大声功率法能得到全是正的声阻值，使得计算结果更有实际的物理意义。为了验证不同方法的计算精度和对输入误差的敏感程度，特别引进了一个参数已知的线性声源辐射噪声模型。通过对比发现，在计算精度与对输

2、入误论文采用不同方法计算了内燃机排气噪声的源阻抗，对几种方法的计算结果进行了比较分析，同时研究了转速和负荷对声源特性的影响。在介绍了插入损失与排气辐射噪声的计算方法后，对一简单膨胀腔消声器进行了插入损失和排气辐射噪声的实例计算与分析。不同方法的计算结果吻合良好，证明了声源特性、插入损失和排气辐射噪声等计算的正确性。 内燃机排气系统声学仿真方法与设计技术研究， 琭瓹甌瑆 琧瑃瑆瓹琣 内燃机排气噪声控制与消声器内燃机广泛应用于工业、农业、交通运输和国防建设中，它是汽车、农业机械、工程机械、机车、船舶、移动和备用电站等装置的主要动力。随着对环境保护要求的不断提高，内燃机的噪声问题越来越受到人们的重视

3、。内燃机排气噪声在内燃机噪声中占有很大的比重，随着对内燃机噪声控制的法规越来越严格，是否具有良好的噪声、振动和一插入损失儿定义为消声器安装以前和安装以后在某固定测点处测得的声压级之差，·口狶插入损失易于现场测量，非常实用。插入损失是包括声源、管道和消声器这个系统 鰈式中蚐，分别为消声器进、出口处的声压级，单位为。空气动力性能是评价消声器性能的又一重要指标，也是消声器设计中应该考虑的重要因素，消声器的设计与研究在考虑消声性能的同时要兼顾其空气动力性能。消声器的空气动力性能评价指标通常为压力损失或者背压。消声器的压力损失为气流通过消声器前后所产生的压降，也就是消声器前与后气流管道内的平均

4、全压之差值，如果消声器前后管道内流速相同，即动压相等，则压力损失就等于消声器前后管道内的平均静压差值，其表达式为：消声器的压力损失大，则排气背压高，排气过程排出废气耗功就大，也就是功率损失比较大，因此空气动力性能是消声器设计时必须考虑的重要指标。 内燃机排气噪声源阻抗研究方法及现状速度源模型和双极子辐射模型进行噪声声源和排气尾管出口的模拟，结合不同截面处消声器和排气管的四极参数进行了插入损失和排气辐射噪声的预测。年瓺等【坎捎靡桓鐾獠看衅骱鸵蛔樾嫉母涸氐玫搅艘惶谌蓟纳醋杩埂闖】描述和讨论了一种对两极子声源的声源强度和阻抗进行测量的实验方法。模型作了简单阐述。年，甋对使用直接法测量时变声源的声源阻

5、抗进行了解析法研究。 年，瓾等【】就流体机械的时变特性，对两种典型的测量方法所得结果的影响作在声源阻抗研究方面，国内学者起步较晚，涉及声源阻抗计算方法的研究也相对较季振林等【】使用边界元法与四负载法联合进行了排气消声器的插入损失的预测。年，季振林等【】使用双负载法和特征线法确定发动机的声源阻抗和强度，实现了对内燃机排气噪声和消声器插入损失的预测。年，胡志龙在其硕士论文中，分别基于软件的二负载法、三负载法以及四负载法进行内燃机排气噪声源阻抗的计算，并计算了一个三通穿孔管消声器的插入损失。在消声器设计中，内燃机声源阻抗往往被忽略或者简单把内燃机声源看作是恒压声真计算表明，这几种简化声源都不恰当，因

6、此准确得到声源阻抗对准确得到消声器的插要分为直接法【图浣臃。直接法主要分为两步。第一步，声源阻抗由外部激励声源决定，这时可以用测量被提出了一种采用驻波比方法实验测量一台内燃机的声源阻抗。实验装置中包括一个能沿着测试管轴线移动测量任何位置驻波压力的传声器。在连着测试管的旁支管端，连着 直接法的主要问题在于第一步。外部激励声源打开时，压力传声器所要获取的只是这个激励声源产生的声场而不包括被测声源产生的声场，而实际过程中压力传感器感受到的是二者耦合的声场。要解决这个问题，一些学者提出选用一个比被测声源声压级高出许多的外部激励声源。但是在低频时，这么做还是不可行或者所得结果不正确。因为低频时发动机产生

7、相当高的声压级，很难找到甚至不可能找到这样的外部声源【】。有的学者提出，在声源阻抗测量中应该关闭被测声源川。但是对于大多数机器，声源特性在发动机运行时会发生改变，故这种办法也不能得到正确的结果。还有一种办法是使用测机器产生的声场相关起来，即使这可以实现，有时也很难找到如此高声压级的外部声源。同时，由于直接法主要在管内测量，会带来操作上的困难。例如高温和带腐蚀性气体的环境，对于安装外部声源是个问题。由于内燃机是具有较高的低频声压级的声源，对于采用直接法测量这样的声源，要求测量仪器相对复杂，这在很大程度上限制了直接法的实施。故在很多场合下，间接法比直接法更受青睐。对于内燃机这样的声源，更多的是使用

8、间接法测量或者仿真计算得到声源阻抗。与直接法相比，间接法在得到声源阻抗的同时还可以得到声源强度，它也不需要外部声源。降低由测量引入的输入误差的影响，提高计算准确度。由于：蚙。都是复数，这就要求两负载法进行的是复数压力测量，必须有一个与被测声源相关的非声学参考信号存 抗的方法，并使用这种方法测量了一个麦克风的声源阻抗。对于四负载法来说，第四次就是将式在噪声源后面添加四个不同负载，进行四次测量后得到四个方程，用其与直接法和两负载法相比，三负载法和四负载法不需要测量复数量莺，只需要一个单通道信号分析仪测量声压信号自谱。使用三负载法和四负载法求声源阻抗时，得到两到三个二次非线性代数方程。四负载法得到的

9、方程组中有一个方程是多余的，可以用它将三个非线性方程化成两个线性方程。但是这样简化存在的问题是如何保证将声源的实部和虚部化成线性方程后，能够很好的满足由原来的恒压声源模型导出的非线性方程。据前人研究，这种非线性方程到线性方程的简化带来了很大的误差。三负载法的优点是只需要在三个负载下测量三个声压自谱凳，缺点是三负载法不能够得到所有频率下的声源阻抗。三负载法得到的两个非线性方程，可以把它化成以声源实部和虚部为坐标的两个圆的形式。若两个圆相切，则声源阻抗有两个重根。若两个圆交于两点，则有两组声源阻抗值，要从这两组值中确定真正的声源阻抗值是比较困相差太远。也就是说线性方程的解不能满足原来的非线性方程，

10、这就造成求解的不准确 法有冲突，以及声源的非线性效应涞姆窍咝阅芰看。瓸和瓽型，通过引出一个误差函数来实现的。据报道，采用这种方法对测量输入误差没有前两种方法敏感。对多负载方法进行改进，为了是使在计算声源阻抗时，在研究的频率范围内多负载法尽可能保持稳定。但是不管多负载法如何改进，由多负载方法计算的声源阻抗实部总是出现负值。采用多负载法测量声源阻抗时，由于声源出现非线性与时变效应等，导致声阻出现负值的观点被大多数学者所接受。对于可能产生负的声阻的原因，瓽和甋作了一些陈述。他们指出可能的原因有测量输入误差、平均流的影响、声源非线性现象、湍流影响、声源时变和其他因素例如强的温度梯度、尾管口的声反射等。

11、同时他们也指出有必要对声源阻抗实部出现负值作进一步的研究，以便揭开声阻出现负值的谜底。有可能要对声源的线性与时不变模型的基本假设进行重新考虑，以便真实、细致和全面地反映声波和气流的传播过程。是一种能够直接对内燃机排气噪声源阻抗进行仿真计算的商业软件。源阻抗计算时，首先需要搭建内燃机和排气系统的仿真模型，然后在排气系统末端连接一个直管负载，直管长度可以随工况改变。在直管负载进口端为排气噪声源与负载的交界面，在此截面处安装一个体积速度传感器和压力速度传感器，以及对压力信号和体积速度信号进行处理的模块。模块是软件自带的一个非线性模块，该模块能模拟时域中的声源，得到用于线性声学分析中的频域声源特性。它

12、利用软件标准的窍咝声学仿真结果而得到用于线性声学分析中等效的声源特性。它与线性声学分析有关，但是用于非线性仿真中，非线性求解器中的时域声源必须转换成能用于线性分析中的频域数据，通过确定与非线性仿真中，在安装模块处有相同的声学结果的声源数据， 就得到了线性声源特性。声源特性可以通过下而三种方法计算得到：诓考扑惴、一个麦兜风来获得卢源特性。软件计算声源阻抗，最少需要两个氲管负载，最多可以使用个负载。排气噪声声源需要连接一直管负载，这个直管负载的长度随着工况而改变。软件对不同负载进行两两随机组合，在所有工况中，通过平均不同负载组合时的声源特性而得到声源阻抗的计算结果。图软件的排气噪声源阻抗计算模型图

13、是使用软件进行排气噪声源阻抗计算的模型图，在图中源截面处从图可以看出，使用软件模拟计算声源阻抗，方法比较简单，易于操作，并且得到声源阻抗的同时也可以得到声源强度，但是计算结果也会存在一些不足。例如，在许多频率处所求得的声源阻抗实部出现负值。国内外学者在使用间接法测量声源阻抗时也普遍存在这个问题，并且难以消除，目前也没有得到比较好的解决办法，通常认为是由声源的非线性和时变效应造成的，但是更深层次的原因还有待进一步研究。 的功能和计算过程。进行排气消声器插入损失与尾管排气辐射噪声计算方法的研究，将由预测的声源阻抗计算的插入损失和排气辐射噪声与软件直接模拟计算结果进行比较，验证插入损失和排气辐射噪声

14、计算的正确性。 内燃机排气噪声源阻抗是计算消声器插入损失或者尾管辐射噪声的一个必要元素。内燃机排气噪声源阻抗的概念式中，以为声源声压，互为归一化声源阻抗，所为声源截面和负载截面交界处的声压，内燃机排气系统物理模型和等效声电类比电路如图所示。图内燃机排气系统物理模型和等效声电类比电路 传统四负载法声源特性由声源强度见和声源阻抗乙来表示，声负载窃趚处求出的声阻抗，称之为负载阻抗。忍萳襂眩甀·，测得的声压比。 疘以，隝，为管口的辐射阻抗。进一步可以表示成声压级的形式，心一屯若令。卅，一，丸。一，形式：霹蚗通过寻找三个圆交点的方式可以得到声源的阻抗值。但是一般而言，三个圆相交多于两点，这对于

15、找出合适的交点来确定声源阻抗值存在很大的困难。即使可以通过不同交点坐标线性平均的方法来求得的声源阻抗值，也会使求得的声源阻抗值存在很大的误蒡。传统多负载法 圪痁，肋：图等效的声电类比电路于是，可得吃这样，由两式的右端相等，并令 靠患，一难，一般建议增加两次测量，采用七负载法来消去某些非线性项，这样可以使用线性方程组的求解程序来进行计算。但是这样消去某些非线性项的操作，同样会产生类似传统四负载法将非线性方程简化为线性方程求解的问题，即简化后的线性方程的解，并不能很好地满足原来的非线性方程。由式两边取模平方得蚶乙琋力， 协协协， 协，目如謏疋臼以詊秒缫詂一一以一乙以一乙 第履谌蓟牌肷碔；抗仿真计算

16、方法满足其中一个方程，但不能很好地满足另一个方程。因为将其中一个方程的根，代入另 图本文改进的多负载法鉴于和的改进多负载法求解过程比较复杂，且存在一些不足，本节在前人研究的基础上，对多负载算法作进一步的改进。 一五籌其中，琑，冢，。方程，两两相除消去嗷项衔2煌涸厥蹦掣銎德氏律吹那慷缺植槐，所得方 江，一乙。嗷哎协，之间对所有频率进行寻根求解。对于每个口。有两个相等虿坏实根或者两个共轭复缓笸ü冉纤锌凇跫程图如图所示。求得声源阻抗互后，声源强度幅值覫可以由式计算得到。以挥。， 下声源强度保持不变的前提，将两两负载所得的方程相消，消去声源强度项，剩下声源阻抗幅值和相位两个未知量，再将所得方

17、程依次求和，使之变成一个二元二次非线性方程。求解时采用寻根的方法，其解必须满足不同负载时声源强度保持不变的前提。跟传统四负载法相比，本文改进的多负载法是直接求解非线性方程，而不是设法将消去后求解线性方程，或者将其化成圆的方程形式，通过寻找三个圆的交点求根，这样就降低了寻根的难度以及增强了寻根的稳定性。图本文改进的多负载法计算流程图 最大声功率法如前面所述，在使用间接法对声源阻抗进行实验测量与仿真计算时，所得到的声源量辐射的角度出发，对声源阻抗预测方法作进一步探究。对于内燃机排气管道系统单极子声源，由式可以得到声源辐射声功率的表达将式訵微分，得将式对形再微分，得啦焕利用负载阻抗来求声源阻抗，也存

18、在一个问题。声源阻抗是未知的，也就无法选择合适的负载阻抗使之等于声源阻抗的共轭复数，并且这样的负载很难找到。一般作为声负载的开口直管，随着直管长度的变化，阻抗虚部变化很大，实部变化相对较小，显然不满足于一般发动机的声源阻抗。这说明通过实验的方法找到能使声源有最大辐射声功率的负载几乎是不可能的。同样在仿真计算中，由于直管的负载阻抗和发动机声源阻抗有着很大差异，也不能直接将直管负载作为初始负载去寻找能使发动机声源有最大辐射 声功率的负载阻抗。鉴于上述原因，可以通过其他方法鏕甈软件和本文改进由最大辐射声功率条件互，和式得式中，口，为负载阻抗乙的相位。 本章从使用间接法测量与计算内燃机排气噪声源阻抗的

19、理论出发，介绍了传统四负载法、传统多负载法和和的改进多负载法计算声源阻抗的基本原理以及具体实现过程。在此基础上又介绍了本文改进的多负载法和最大声功率法，这两种方法较前几种方法有一定的进步，不管在基本思想和求解理念上，还是计算结果精度上都有所提高，这将在后续章节作进一步的比较和分析。 引言为了验证不同声源阻抗计算方法计算结果的准确性和稳定性，使用软件建立一个参数已知的线性声源辐射噪声模型。通过仿真计算不同声源的辐射噪声大小，再使用不同方法计算相应的声源阻抗值，将计算的声源阻抗值与原声源阻抗值进行比较，从而得出不同方法的准确程度。通过引入输入相对误差，使用不同方法计算引入输入相对误差后的声源阻抗值

20、，再与原声源阻抗值进行比较，可以得到不同方法的稳定程度。麦目，圆刀问阎载 第律碔，且抗计算方法验证及负载选取方法研究频率图不同负载时已知声源的辐射噪声不同方法计算精度验证一最大声功率法一已知值、·，··· 一，一··蚟·：··：·图不同计算方法时的归一化声阻阎i醋杩够痁 图不同计算方法时的归一化卢抗阎i醋杩够痁桨斐美兰器爹蔷曩篡载纭··最大声功率法二二口一。堋轓一趔坚咔息蛏里图分别为使用不同方法计算的声源阻抗的频谱图。从图中可以看出，在声和最大声功率法比其它两种方法计算结果准

21、确。在声源阻抗幅值计算上本文改进的多负 载法的幅值曲线和以其计算结果为初值的最大声功率法的阻抗幅值曲线重合，且与已知声源的阻抗幅值曲线最接近，其他两种方法计算的阻抗幅值与已知声源的阻抗幅值有较大差距。综上，基于本文改进的多负载法的最大声功率法计算声源阻抗的精度最高。不同方法对输入误差的敏感性验证星图不同输入相对误差时声源阻抗的实部阎i醋杩刮澹痁 哈尔滨：稃人学硕十学伊论文口相对误差喽晕蟛一唬唬唬灰辉我唬骸海骸欤唬÷。葛÷鐾。蕃··。一篹。一；一本文改进的多负载法图不同方法计算声阻时对输入相对误差的敏感性阎i醋杩够痁 图和为不同方法计算声源阻抗时对输入误差

22、的敏感性曲线。从图可以看输入相对误差为保峁喽晕蟛钗，随着输入相对误差的增大，结果相图表明，在声抗计算方面，本文改进的多负载法和最大声功率法的结果相对误差曲线重合，在输入相对误差为保叩慕峁喽晕蟛钗狾，当输入相对误差为保峁喽晕蟛钗，随着输入相对误差增大，结果相对误差也增大。与图比较发现同一频率时，二者计算声抗的结果相对误差比计算声阻的结果相对误 开口直管作为多负载法中的声负载，不同的负载选取方法会对计算结果产生很大影响。关于负载组合如何选取，从查找的文献来看只有和在这方面作了初步探讨，提出了负载选取时的一些建议。根据和的研究，使用多负载法计算声源阻抗时，如果负载组合中负载与负载之间实部和虚部变化很

23、小，将导致计算的声源阻抗有很大误差。提高声源阻抗计算结果准确性的临界负载个数为六到七个负载，负载个数继续增加，对提高声源阻抗计算准确性效果不明显。声源与负载交界面处声学负载阻抗见式。对于无法兰开口直管，管口辐射阻为末端修正负无穷的笥，计算最大值和最小值二者之间的间隔，然后根据负载的个数，在 在节中参数已知的声源辐射噪声模型中，采用基于本文改进的多负载法的最大归一化声源阻抗为互，声源强度均为麒。通过使用最大声功率法，分析比较几种不同的负载选取方法对三种不同声源计算准确性的影响情况。最大声阻抗变化最大声阻变化最大声抗变化 一嚣嗤救图煌涸厥币阎i吹姆湓肷已知声源阻抗乏使用和的负载选取法选取一种四负载

24、直管组合，研究在此种负载组合下， 阻抗实部远小于虚部，不同频率时声源变化大，衰减性能强，随着负载长度的增加，噪声峰值频率向低频移动，并且与第三种声源的辐射噪声曲线相比噪声峰值要陡峭些，波归一化声源阻抗误差虚部实部虚部实部虚部表为不同负载选取方法对三种不同声源阻抗计算结果的影响。从表中可以看出，对于声源阻抗实部远小于虚部的第一种声源，与其它两种声源相比，采用不同负载选取方法进行声源阻抗的计算，实部的计算结果误差都明显大于虚部的计算结果误差。最大声阻抗变化法的计算结果误差最小，最大声抗变化法次之，其他两种负载选取方法的计算结果误差相差不大。故对于声源阻抗虚部远大于实部的第一种声源来说，不推荐使用使

25、用最大声阻抗变化法来进行负载组合的选取。小，其次是最大声阻抗变化法，而最大声阻变化法和和的负载选取法所计算的结果误差相对较大，但均不超过。这说明对于第三种情况的声源，使用最大声抗变化法和最大声阻抗变化法进行负载组合的选取更合适。综合以上分析发现，三种声源 前人研究表明，多负载法中负载个数的增加主要用来降低输入误差对结果精度的影探讨多负载法中负载个数对声源阻抗计算结果的影响。貉如。表多负载法中不同的负载组合实部：· 直管 口口口口小篣·篰。蓉：兰箜丛耋垫蓝裬；蓝一口口一：口频率图表明，随着负载个数的增加，整体上声源阻抗实部和虚部的计算结果精度提高，但是在个别频率处，计算结果精

26、度随着负载个数的增加降低，这是由于此 时负载组合中负载个数的增加，并没有使这些频率下负载与负载之间阻抗变化增大，反而使阻抗变化减小，从而影响计算结果精度。也就是说此时负载个数的增加，反而增大了这些频率下负载与负载之间阻抗变化过小，使计算结果变差的风险。从四负载法到六负载法，随着负载个数的增加计算结果精度提高明显，继续增加负载个数计算结果精度提高不大，故在实际计算中取六负载法计算声源阻抗更加合适。本章小结本章验证了几种不同方法计算声源阻抗的准确程度和对输入误差的敏感程度，找到了一种计算声源阻抗的适宜方法基于本文改进的多负载法的最大声功率法。接着又对负载的选取方法进行了研究与验证，给出了负载选取上

27、的一些规律性建议，研究表明多负载法中负载个数增加有利于提高声源阻抗整体的计算结果精度，也不排除某些频率处的计算结果精度有变差的可能，从四负载法到六负载法计算结果精度提高明显，实际燃机排气噪声源阻抗的计算提供了有力的依据。 形对象，使计算机产生某种动作或变化，如实现计算、绘图等。假如所从事的数据分析、想向别人提供应用程序，想进行某种技术、方法的演示，想制作一个可以反复使用且操作简单的专用工具，那么图形用户界面也许是最好的选择之一。正得到应用。所有的这些功能都是通过图形用户界面开发环境赐瓿伞下两个文件： 提供了以下几种组件布局工具：上的良好外观；排气系统声学仿真平台的组成在声学仿真平台启动后，首先

28、在屏幕上出现其封面，如图所示。可以点击登录按钮进入系统或点击取消按钮放弃进入系统。点击取消按钮后将会弹出提示信息，询问用户是否放弃进入系统。点击登录按钮后将会出现一个输入用户名和密码的对话框，若用户名和密码输入正确，则提示信息，欢迎您进入系统，然后出现系统的主界面如图所示，否则提示请重新输入用户名和密码。 图甀卢学仿真平台封面扛。璽驩啊瘛馛出鯾一痩蕖¨删蕖癿臣巫司·咿；蟝正二二 声学仿真平台主界面一卜要包括五大版块：图片与图表品示区、数据与路径湿示区、块，具体功能在节详细介绍。排气系统声学仿真平台的功能图片与图表显示区如图所示，用于将计算或导入的数据绘制在图表区中，将与都是

29、可见的这样方便用户切换图片状态对两又：域图表进行伞而与细致的观察广蟆!霭佟!c鎟图图片与图表显不 图数据路径显不区图控制面板蚓使用按钮绘制曲线图 哈尔滨洪啡恕！鬯妒！踭节论文珻图声学特性计算模块一 删黼蜊： 瞻 图预定义参数对话框钮，将出现一个对话框，如图所示。该对话框主要用于管道长度、管道进出口截面积比和不同管道的温度等参数的设置。预定义对话框可以同时设置连接三个消声器时的不同管道的长度和温度，在插入损失与排气辐射噪声计算过程中，会提示用户选择用于计算的消声器个数。对于传递损失的计算，只针对一个消声器的情况而言。预定义对话 第屡牌低陈抡嫫教殳计即可。，芒成预定义参数的设臀。堆 刑图抡嫫教汲鍪

30、荽表 仿真平台声学计算流程排气系统声学仿真平台主要用于插入损失与排气辐射噪声的计算，前面已经提到这两个指标的计算都离不开声源阻抗、排气系统的四极参数与尾管口的辐射阻抗这三个要从声学仿真流程图可以看到整个计算流程是：先通过负载选取计算得到直管负载组合中负载的长度，然后在软件中计算不同直管负载时的辐射噪声，接着利用计算的辐射噪声使用本文声源阻抗计算方法计算内燃机的声源特性。同时根据消声器的结构利用有限元法计算消声器的四极参数，连同直管的四极参数得到整个排气系统的四极参数。此外根据尾管口的物性参数利用经验公式计算管口的辐射阻抗。在上述三个要素都具备后，将其数据导出平台存储以及再次导入平台，在声学特性

31、计算模块中计算消声器的插入损失和尾管排气辐射噪声，最后将计算结果数据导出声学仿真平台存储，为后续分析做准备。图 声学仿真平台运行介绍砭插入损失的计算过程。以本文的负载选取法为例，首先在图所示的前后处理模块内，在负载选取栏的下拉列表中单击一个选项纭八闹惫芨涸亍，就会弹出一个输入对话框，提示用户输入转速蚩j计德、终止频率以及汽缸数。然后单击“”按钮，就会出现一个询问对话框，询问用户刚爿。输入的参数是“转速”还是“歼始频率”，选中相应选项后，弹出下一个询问对话框，此对话框询问设置的频率步长为“开始频率”还是“重新定义”。若为“开始频率”，则进入下一个输入对话框，提示输入第一个直管负载的长度。接着点击

32、“”按钮，进入下面一系列输入对话框，要求输入四个直管负载的直径、进出口的排气温度以及进出口马赫数。设置完成后，提示选取“最大声阻变化法”、“最大声基 图所示的前后处理模块内，在声源特性计算栏中，单旨“本文叫负载”选项后，载排气辐射噪声的募邢嘤文件后，提示用户已经将畑文件数据标记。接着，提示用户输入测点距尾管口的距离、环境温度和直管进出口截面积之髐音血量鼍眔国五面阻抗海甶薯杩畑阻抗一有误差函阻抗一有误差团舊阻抗一畑 图所示的前后处理模块内，在数据导入栏中，点击“声源阻抗与强度”项，将甹，则相应的消声器四极参数文件名称为畑。声源特性、辐射阻抗以及四极参数文件导入后，在声学特性计算模块中，点击“预源

33、”项，在弹出的一系列输入对话框中，分别输入消声器上游直管进出口马赫数、四极参数文件中四极子实部和虚部所在列数、辐射阻抗文件中反射系数的模、相位和空气特性阻抗所在列数以及声源阻抗文件中阻抗实部和虚部所在列数。接着，会弹出绘图对话框，提示用户输入线型、线的颜色、线宽、线点标志大小以及横纵坐标标题。至此，插入损失计算完毕，所绘制的图形曲线会显示在图所示的图表中。最后，将插入损失计算结果数据导出仿真平台存储即可。排气辐射噪声的计算过程与插入损失的计算过程类似，这里不再赘述。的峁艘桓隽己玫拇唇夹斡没缑的开发环境，图形用户界面能够给用户提供一个可以反复使用、操作简单和可视的专业平台。本章基于图形用户界面的

34、这些特点，以声学特性计算为主线，集成设计了基于计算、绘图和数据处理等功能于一体的声学仿真平台，为排气系统设计和声学特性分析提供了一套有用的工具。 内燃机排气噪声源阻抗计算表汽油机主要技术参数直列式、四冲程、四气阀自然吸气 鞋冰堰四紧超图汽油机排气噪声归一化声源阻抗实部图汽油机排气噪声归一化声源阻抗虚部示。从图中可以看出，两种方法计算的声源阻抗实部和虚部总体趋势比较接近，特别是在低频时结果吻合良好，但在某些频率时两种结果之间会有一些起伏波动。图表明，在一些频率处声源阻抗实部出现负值。一些学者【】在使用多负载法测量声源阻抗时，也普遍存在这个问题。从图中还可以看出，汽油机的声源阻抗既不能简单看成是恒

35、速声噪声源阻抗随着频率变化，要想得到比较准确的声源阻抗值，可以使用本文的数值方法 图最大声功率法计算的归一化声源阻抗实部趟蝠雹照趣甚图最大声功率法计算的归一化声源阻抗虚部分别以两种方法的计算结果为初值，使用最大声功率法计算的归一化声源阻抗实部和虚部分别如图和所示。从图中可以看出，使用最大声功率法计算得到的声源值，由最大声功率法计算的声源阻抗实部和虚部结果略有差别，由此方法计算的声源阻抗更具有实际物理意义。 辐射噪声曲线的峰值频率向高频移动，并且峰值升高。图表明，一定负荷下随着转速的升高，内燃机的排气噪声源强度幅值曲线的峰值频率也向高频移动，并且中频时声源强度幅值略有减小，低频和高频时声源强度幅

36、值增大。 图不同转速时声源强度的幅值 一一吨，一一一一频率在一定转速下，内燃机负荷发生变化时，排气辐射噪声等也会发生变化。本节讨论声源强度和阻抗的变化情况。 图煌汉墒本辔补芸处的排气辐射噪声酒图>嗄谌蓟牌补芸处的辐射噪声曲线。一定转速下，随着负荷的 图煌汉墒倍频程声源阻抗的实部蝗痴饶频率图煌汉墒倍频程声源阻抗的虚部 图煌汉墒倍频程声源阻抗的幅值消声器插入损失计算与分析利用节中计算得到的内燃机排气噪声源阻抗，结合排气系统的四极参数以及尾管口的辐射阻抗，在排气系统声学仿真平台上计算简单膨胀腔消声器的插入损失，并将计算结果与软件直接模拟结果进行比较，从而验证计算结果的正确性。軰鵌萈 印如一见静

37、粥一一图排气系统物理模型牌低匙杩估郘电路仍互鞍貾嘉一鬲 ！根据插入损失的定义鲁甈 哈尔滨下拌人学硕十学何论文鵌。故有见恚川和，的四极参数就可以借助矩阵运算得到。式中，鼽、仍和阜直鹞=隹诘纳褂胩寤俣龋獭纭坍为消声器一畖， 其中，2滴d诵拚龋谖7瓷湎凳南辔唬矣蛞。痑万口于是得到尾管出口端的辐射阻抗 简单膨胀腔是一种简单的抗性消声器，利用截面突变造成噪声传播通道内的阻抗失配，使沿管道传播的声波朝着声源方向反射，导致前进波和反射波在管道的不同截面处相位相反，发生干涉相互抵消，从而达到消声的目的。图分别为简单膨胀腔消声器的结构简图与有限元模型。简单膨胀腔的进出口管直径为 种不同声源模型计算的消声器插入损失曲线相差较大。其中恒压声源和恒速声源是噪声源的两个极端情况，无反射声源的声源阻抗等于空气的特性阻抗，由消声器产生的反射波全部被声源吸收，