非规则截面消声器的传递损失计算

1、非规则截面消声器的传递损失计算0引言消声器是一种在允许流体通过的同时，又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置，在消声器的设计及评价中，常常采用仅与消声器本身特性有关的传递损失作为评价其声学性能的标准，随着消声器快速开发和改进的需求、声学仿真软件的快速推广和计算机资源的丰富，三维声学仿真软件在消声器研发中的地位越来越重要，因此如何通过声学软件快速估算传递损失，成为消声器的消声性能的评估和改进环节中必须应对的问题。然而随着人们审美提高、消声器结构设计的需要，逐渐出现了消声器进出口截面不规则的情况。对于这类消声器，为了能快速得到其传递损失，传统方法因计算效率较低和现有管道模态方法不适用于进出口为非规

2、则截面而都宣告失效，因此本文提出借助MSC.Actran声学软件特有的管道模态功能，它能实现进出口非规则截面消声器传递损失的快速估算，通过对比验证，证明了该方法的正确性，扩展了基于管道模态的进出口非规则截面消声器传递损失的计算方法。1 基本理论对于管道截面较小的消声器，在计算频率不高的情况下，管道内声波常可以认为以平面波的方式进行传播，但随着管道截面增大或求解频率的提高，声波不再是简单的平面波，此时必须使用管道模态相关理论1，下面将介绍管道模态相关理论。2 规则截面管道传递损失计算和验证本文采用穿孔管消声器，如下图2为Sulivan&Croker消声器模型，消声器的总长L=0.2572

3、m,扩展腔外径D=0.00762m,穿孔管内径D1=0.0508m,穿孔管外径D2=0.05242m,壁厚l=0.00081m，孔间距d=0.01132m，孔隙率（正方形排列）为3.8%，穿孔直径为0.00249m。考虑频率范围为3600Hz以内，由于模型截面较小，故可以简化为入口为平面波，试验中排气速度低于0.3Ma,可以忽略气流的影响。2.1 传统方法通过三维软件建立模型，采用传递导纳关系模拟小孔，故无需画出穿孔管。通过前处理软件Hypermesh进行网格划分，由于结构简单，采用全六面体网格，共计13984个单元，导出.bdf格式文件。开启LMSVirtual.Lab声学仿真软件，并进入A

4、cousticHarmonicFEM模块，导入网格文件，设置单元属性、定义声学材料、声学属性、声学网格前处理、定义单元组、定义出入口响应点、定义传递导纳关系等。采用传统的平面波定义入口激励和出口定义全吸声系数来模拟无反射边界2，运用相关文献3提到的公式计算传递损失。如下图3可以看出传统方法计算的传递损失与相关文献4中的理论计算和实验结果的基本吻合，证明了传统方法的正确性。2.2 现有管道模态方法该方法与传统方法不同之处在于无需定义出入口响应点。义PhysicalDataType为Annular/CircularSpecificDuctModesBoundaryConditon的边界条件，由2.

5、1可知仅需要定义（0，1）管道模态，然后在出口定义AutomaticallyMatchedLayerProperty，就可以提交求解。图4为现有管道模态方法与传统方法计算的传递损失差值图，结果基本吻合，且由于管道模态方法通过在入口定义入射声功率为1W而出口AMLM又可以自动计算出口声功率，故可直接估算传递损失，从而提高了计算效率。2.3 改进的管道模态方法借助MSC.Actran声学软件特有的管道模态技术，出入口都可以通过管道模态定义边界条件，更接近实际，操作流程与前两种方法相似。图5为三种方法结果对比，三者基本吻合，证明提出的改进的模态方法的正确性。3 非规则截面进行计算和验证本文以Suli

6、van&Croker消声器几何模型为蓝本，在保证消声器长度、穿孔管基本尺寸等不变的情况下，将中间管道改为椭圆形截面（非规则截面的一种），具体几何尺寸如下图6所示。计算结果如下图7所示。定义边界条件时，采用MSC.Actran特有的“ModalDuct（arbitrary）”来定义，其中包含了管道模态类型、属性名称、属性ID号、材料属性、几何中心、坐标轴、截面面积、传播模态属性、所属Domian等等定义。最后提交求解，进行相应后处理，如下图8是传统方法与改进的管道模态方法传递损失差值图。从图中可以看出两者除了个别频率点误差较大（在可以接受的范围内），基本吻合，故能使用改进的管道模态方法进行非规则截面消声器的传递损失的快速估算。4 结论与总结4.1 通过分析对比传统方法、现有管道模态方法和改进的管道模态方法在计算消声器进出口截面规则与非规则的传递损失的适用性和效率，得到如下主要结论：4.2 对于进出口规则截面消声器的传递损失的计算，采用传统方法、现有管道模态方法和改进的管道模态方法都能得到正确的结果。4.3 传统方法无论是计算消声器进出口截面规则还是非规则截面，需要复杂的公式推导得到传递损失，效率较低。4.4 现有管道模态方