消声器研究的发展过程
2014-12-27
湖南银河电气有限公司
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消声器的理论研究具有很长的历史。初是采用声学滤波器的理论来研究抗性消声器,主要采用集中参数单元近似消声器单元,它仅在声波波长远大于消声器尺寸时才成立。这一声学滤波器理论后来被进一步发展并得到应用。20世纪五十年代以后,发展了用一维波动方程,利用在截面突变处声压和体积速度的连续性条件,计算了单级和多级膨胀腔和旁支共振腔。Igarashi等人利用等效电路方法计算了消声器的传递矩阵。根据电路中的四端网络原理,每个消声器单元的声传递特性用四极参数矩阵来表示,消声器的传递特性用每个消声器单元的四级参数矩阵的乘积来确定c71。这种消声器声学性能的分析方法简便、实用在无平均流、无温度梯度的情况下,在平面波范围内能给出较为满意的结果。将之用于实际的内燃机排气系统,这种方法仍表现了较大的误差。但就这种方法本身而言,却为排气消声系统声学性能分析开创了一条新路,提出了以四极参数为基础的传递矩阵法。七十年代中期以前,消声器理论研究只限于基本消声元件。Munjal分析了具有内插管膨胀腔的声学特性,Sullivan,Jayarman和Munjal等人分析了穿孔管消声器元件的四极参数及声学特性,在他们的研究中考虑了流速的影响。Peat等从流体力学的基本方程出发,导出了直管段的四极参数表达式;他们对直管段的四极参数和简单膨胀腔的插入损失进行了计算,与取平均温度时相应的计算结果比较表明,四极参数的差别是明显的,而插入损失的差别很小。Peat由此得出结论:当需要考虑排气系统的温度变化时,可以使用一系列定常温度单元,与使用相似的一系列线性温度梯度单元相比没有明显的精度损失。     以上是基于平面波理论的一维近似分析方法,当频率较低时,对于管道或截面较小而长度较大的膨胀腔消声器,其内部近似为一维平面波传播,这时,一维理论的分析方法是合适的。但当频率较高时,消声器内部出现高次模式波,尤其是对大型消声器,其截止频率低,在较低的频率下就出现高次模式波,这时一维理论不再适用,应采取更加的二维或三维理论进行分析。      八十年代,Jeong-Guon和lhByung-HoLee,从理论上研究了具有均匀流条件的简单膨胀腔的圆形管道中的多维声传播,把解析结果和实验结果进行了比较,认为二者相符的很好。虽然他们考虑了包括周向模式在内的所有高次模式波,但仅限于对称的圆管道。     八十年代后期,M.L.Munjal对管道消声理论作了一个总结,并对后来的消声器设计起到了很大的影响。 
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