汽車空氣動(dòng)力噪聲高效培訓(xùn)教案

1、汽車空氣動(dòng)力噪聲高效培訓(xùn)教案一、流場(chǎng)中聲源的分類 1、單極子聲源：可以看做點(diǎn)源，其由純放射的運(yùn)動(dòng)壓縮周圍的流體，而成的聲源媒質(zhì)中流入質(zhì)量和熱量不均勻時(shí)形成聲源。如沸騰的開(kāi)水，水雷的爆炸，由于排氣管很短，而聲音在固體中波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于排氣管長(zhǎng)度，可看成單極子聲源。 2、單極子聲源與流場(chǎng)的平均速度4次方成正比。 流場(chǎng)：呈放射狀聲場(chǎng)：在球面上的均勻一、流場(chǎng)中聲源的分類 1、雙極子聲源：可以看做兩個(gè)點(diǎn)源，其距離近但相位相反。流場(chǎng)中有障礙物，流體和物體產(chǎn)生不穩(wěn)定的反作用力，雙極子為力聲源。氣流的準(zhǔn)二維別離的情況可看做雙極子聲源，如風(fēng)吹電線，低速風(fēng)過(guò)車身頂蓋縫隙等。 2、雙極子聲源與流場(chǎng)的平均速度6次方成正比

2、流場(chǎng)：呈振蕩狀聲場(chǎng)：兩級(jí)相反一、流場(chǎng)中聲源的分類 1、四極子聲源：可以看做兩個(gè)相位不同的雙極子聲源構(gòu)成了四極子聲源，其距離近但相位相反媒體沒(méi)有質(zhì)量熱量注入，由氣體的粘性作用產(chǎn)生的輻射聲波。氣流的三維別離的情況可看做雙極子聲源。在高排氣速度下，排氣管聲源為4極子聲源，高速情況下四極子聲源比例大。 2、四極子聲源與流場(chǎng)的平均速度8次方成正比 聲場(chǎng)：兩極或四極-流場(chǎng)：呈雙振蕩狀1、邊緣音氣動(dòng)噪聲特征狹帶，特定頻率域產(chǎn)生的狹帶域音L2、空腔諧振聲2、氣動(dòng)噪聲特征狹帶UL3、亥姆霍茲共鳴氣動(dòng)噪聲特征狹帶4、窗漏音氣動(dòng)噪聲特征 狹帶 開(kāi)口部如車頂天窗，側(cè)窗附近渦流產(chǎn)生頻率和駕駛室空間噪聲頻率大致相等，產(chǎn)生

3、最大窗漏噪聲，多為車速在4080km/h開(kāi)始產(chǎn)生5、振動(dòng)噪聲氣動(dòng)噪聲特征 狹帶Uab 流動(dòng)通過(guò)圓柱時(shí)在下流產(chǎn)生規(guī)則的渦，有該渦產(chǎn)生的噪聲稱為振動(dòng)噪聲，處于b/a=0.2806穩(wěn)定狀態(tài)下的渦稱為卡門渦 流場(chǎng)中實(shí)際存在的聲源為以上各種聲源的集合體，大局部是雙極子和四極子聲源的集合體。根據(jù)相關(guān)研究，總結(jié)：汽車氣動(dòng)噪聲聲源的分類，產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲的原因大體上包括三種，即密封不良、二維別離流動(dòng)以及三維別離流動(dòng)，見(jiàn)表氣動(dòng)噪聲特征 廣帶，三維別離具有音域廣的特性 1流場(chǎng)中實(shí)際存在的聲源為以上各種聲源的集合體，由于三維別離流動(dòng)在汽車車速范圍內(nèi)60350km/h，氣流別離點(diǎn)、面位置根本固定在某特定的小范圍內(nèi)，氣動(dòng)阻

4、力系數(shù)變化量很??！廣帶域音的聲源幾乎不受車速變化影響。 2改善廣帶域音的方法可以是減小高速行車時(shí)，氣流或能量的吸出，車身局部形成較高負(fù)壓力區(qū)，造成內(nèi)流的吸出減小車身縫隙，采用吸音材料。氣動(dòng)噪聲特征 廣帶，三維別離具有音域廣的特性 1汽車外表的脈動(dòng)壓力：當(dāng)汽車高速行駛，車身和周圍的空氣相對(duì)作用，產(chǎn)生氣流別離，渦流，渦流湍流相互作用，形成強(qiáng)大的脈動(dòng)壓力。 2汽車外表的脈動(dòng)壓力傳遞途徑： 1滲漏噪聲：通過(guò)車身縫隙傳播的噪聲 2穿透噪聲：脈動(dòng)壓力作用與車身壁面誘發(fā)鈑金、其他構(gòu)件振動(dòng)向車內(nèi)輻射的噪聲 3滲漏噪聲分兩局部：1以車身外部脈動(dòng)流通過(guò)密封件形成的質(zhì)量流單極子聲源其在滲漏噪聲中占主導(dǎo)作用；2縫隙氣

5、流別離二維，三維產(chǎn)生雙極子和四極子聲源氣動(dòng)噪聲特征 廣帶，三維別離具有音域廣的特性對(duì)二維流動(dòng)的干預(yù)在天線上纏繞螺旋線在天窗上裝置適宜材料特性的雙層密封條 細(xì)節(jié)造型設(shè)計(jì)有助于降低后視鏡區(qū)域的噪聲。在一些轎車后視鏡的設(shè)計(jì)上，采用了凹槽、凸緣用以影響后視鏡尾流，如圖對(duì)三維流動(dòng)的干預(yù)1616計(jì)算結(jié)果-風(fēng)阻系數(shù)Cd=0.01238第一輪外后視鏡第二輪外后視鏡Cd=0.01292后視鏡外表風(fēng)阻 第二輪外后視鏡外表的風(fēng)阻略大于第一輪外后視鏡，增加了約4.4%； 通常情況下，整車風(fēng)阻在0.280.32之間，后視鏡的增加量0.0006對(duì)于整車風(fēng)阻而言是個(gè)極小的量，可以忽略不計(jì)；1717計(jì)算結(jié)果-外表寬頻噪聲分布

6、云圖第一輪外后視鏡第二輪外后視鏡 第二輪后視鏡外形在靠近車體的一側(cè)圓角更大，使得該處氣體流動(dòng)更為順暢，從而減小了后視鏡外表的氣動(dòng)噪聲； 計(jì)算第二輪后視鏡外表最大寬頻噪聲；1818流動(dòng)跡線跡線外后視鏡 1從跡線分布情況來(lái)看，為減小氣動(dòng)噪聲，氣流流經(jīng)后視鏡的氣體從車體側(cè)面經(jīng)過(guò)，不要再吹向玻璃，再附著在玻璃上。 2跡線要求流線明顯，反映較低的風(fēng)阻系數(shù)1919截面速度矢量圖 截面的速度矢量圖來(lái)看：減小氣流的渦流區(qū)域，減小氣流別離面渦流進(jìn)氣噪聲 1、進(jìn)氣系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，而進(jìn)氣系統(tǒng)那么是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)脈，也有人將進(jìn)氣系統(tǒng)比喻為汽車的呼吸系統(tǒng)。進(jìn)氣系統(tǒng)的合理性直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、壽命，從而影響整機(jī)的

7、性能、壽命及環(huán)保性。 進(jìn)氣系統(tǒng)包含了進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣門機(jī)構(gòu)、空氣濾清器。 空氣濾清器一般由進(jìn)氣導(dǎo)流管、空氣濾清器蓋、空氣濾清器外殼和濾芯等組成?？諝鉃V清器的功用主要是濾除空氣中的雜質(zhì)或灰塵，讓潔凈的空氣進(jìn)入氣缸。實(shí)踐證明，發(fā)動(dòng)機(jī)不安裝空氣濾清器，其壽命將縮短2/3。另外，空氣濾清器也有降低進(jìn)氣噪聲的作用。2、進(jìn)氣噪聲產(chǎn)生機(jī)理 1進(jìn)排氣噪聲均屬于空氣動(dòng)力噪聲，由于氣體擾動(dòng)以及氣體和其他物體相互作用而產(chǎn)生的噪聲稱為空氣動(dòng)力噪聲 。直接向大氣輻射的空氣動(dòng)力噪聲包括：進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲、冷卻風(fēng)扇噪聲。 2發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣噪聲是由進(jìn)氣閥周期性開(kāi)閉而產(chǎn)生的壓力波動(dòng)所形成的。 3進(jìn)氣噪聲主要包括：周期性壓力脈動(dòng)噪聲

8、、渦流噪聲、氣缸的玄姆霍茲共振噪聲和進(jìn)氣管的氣柱共振噪聲。 2、進(jìn)氣噪聲產(chǎn)生機(jī)理 4進(jìn)氣閥門開(kāi)啟時(shí)，活塞由于上止點(diǎn)下行吸氣，臨近活塞的氣體分子以同樣的速度運(yùn)動(dòng)，這樣在進(jìn)氣管內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)壓力脈沖，隨著活塞的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，它受到阻尼；當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)，同樣產(chǎn)生一個(gè)有一定持續(xù)時(shí)間的壓力脈沖，于是產(chǎn)生了周期性的噪聲脈沖噪聲，其噪聲頻率成分主要集中在200Hz以下的低頻范圍。 5同時(shí)，進(jìn)氣過(guò)程中的高速氣流流過(guò)進(jìn)氣門流通截面時(shí)，會(huì)形成渦流噪聲，由于進(jìn)氣門流通截面是不斷變化的，渦流噪聲主要集中在1000-2000Hz之間的高頻范圍； 2、進(jìn)氣噪聲產(chǎn)生機(jī)理 6另外，如果進(jìn)氣管中空氣柱的固有頻率與周期性進(jìn)氣噪聲的主要頻

9、率一致時(shí)，會(huì)產(chǎn)生空氣柱共鳴，使進(jìn)氣管中的噪聲更加突出。 當(dāng)進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)，也會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管道中空氣壓力和速度的波動(dòng)，這種波動(dòng)由氣門處以壓縮波和稀疏波的形式沿管道向遠(yuǎn)方傳播，并在管道開(kāi)口端和關(guān)閉的氣閥之間產(chǎn)生屢次反射，產(chǎn)生波動(dòng)噪聲。 進(jìn)氣噪聲與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣方式、進(jìn)氣門結(jié)構(gòu)、缸徑、凸輪型線等設(shè)計(jì)因素有關(guān)，對(duì)同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，受轉(zhuǎn)速影響最大， 轉(zhuǎn)速提高一倍，進(jìn)氣噪聲可以提高1015dB(A)n:轉(zhuǎn)速 z:發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù) i: 發(fā)動(dòng)機(jī)沖程系數(shù)四沖程為2k:諧波次數(shù)階次數(shù) f: 噪聲頻率2、燃燒和撞擊聲： 頻率1000以上大約3、空氣摩擦噪聲： 頻率8001000Hz以上大約1、進(jìn)氣空氣動(dòng)力噪聲與發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)

10、火頻率相同2.進(jìn)氣噪聲的控制 1、聲源控制： 1合理的設(shè)計(jì)和選用空氣濾清器。空濾是發(fā)動(dòng)機(jī)有效的進(jìn)氣消聲器，空濾所占的體積可作為膨脹性消聲器的膨脹腔，濾清器的容積到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)容積的五倍以上，就能到達(dá)良好的消音效果，一般來(lái)說(shuō)，容積越大消音效果就越好。但受前倉(cāng)空間的限制，空濾不可能做的非常大，因此消音效果受到限制?？諡V的濾芯是阻性消聲器良好的吸聲材料。 2合理設(shè)計(jì)進(jìn)氣管道和氣缸蓋進(jìn)氣通道，減少進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)壓力脈動(dòng)的強(qiáng)度和氣門通道處的渦流強(qiáng)度。 3導(dǎo)流管：進(jìn)氣管探入空濾器本體內(nèi)，配合空濾本體內(nèi)氣道設(shè)計(jì)來(lái)消除噪聲?？諝鉃V清器相當(dāng)于一個(gè)擴(kuò)張消音器，影響其傳遞損失的因素有兩個(gè)：擴(kuò)張比m和濾清器的長(zhǎng)度L。擴(kuò)張比越

11、大越好，有兩種方法提高擴(kuò)張比：一是減小管道的尺寸，二是增加濾清器的截面積。減小管道尺寸會(huì)使得功率損失增加，而增加濾清器的截面積又受到安裝空間的限制。將進(jìn)入管和輸出管插入到濾清器中也可以提高濾清器的傳遞損失。假設(shè)只考慮進(jìn)入管插入即 這時(shí)的傳遞損失簡(jiǎn)化為：管道插入后，傳遞損失增加，而且在某個(gè)頻率處出現(xiàn)了一個(gè)峰值，當(dāng)時(shí)傳遞損失達(dá)到最大值，對(duì)應(yīng)的頻率為傳遞損失可以用以下公式來(lái)表達(dá)： 插入長(zhǎng)度正好是波長(zhǎng)的四分之一，也就是說(shuō)進(jìn)入管插入到濾清器中后，就相當(dāng)于在系統(tǒng)中參加了一個(gè)四分之一波長(zhǎng)管，利用這個(gè)插入管，就可以調(diào)節(jié)某些頻率下的傳遞損失。 插入管大大地提高了插入損失，但是濾清器內(nèi)有過(guò)濾網(wǎng)，這樣插入長(zhǎng)度往往受

12、到限制。另一方面，插入管會(huì)帶來(lái)較大的功率損失，其損失值比減小管道直徑帶來(lái)的損失還要大。所以是否采用這種插入管，要權(quán)衡傳遞損失和功率損失。 空中聲波長(zhǎng)約為250mm 一般來(lái)說(shuō)，減小空濾進(jìn)氣管的截面積有顯著的降噪效果； 增加進(jìn)氣管長(zhǎng)度能夠降低低速噪聲，但同時(shí)中高速噪聲會(huì)有較多的增大；減小空濾出氣管的面積，對(duì)進(jìn)氣噪聲的降低效果不是很明顯，反而影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率有較大波動(dòng)； 引進(jìn)消聲措施：主要是增加赫爾姆茲消音器諧振腔和四分之一波長(zhǎng)管。赫爾姆茲消音器一般是用來(lái)消除低頻噪聲，而四分之一波長(zhǎng)管用來(lái)消除高頻噪聲。如果要用四分之一波長(zhǎng)管來(lái)消除低頻噪聲，那么波長(zhǎng)管必須做得很長(zhǎng)，但是太長(zhǎng)的管道很難安裝。 這兩

13、種消音器的目的都是消除窄頻帶的噪聲，但是赫爾姆茲消音器的消音頻帶比四分之一波長(zhǎng)管要寬，所以赫爾姆茲消音器比四分之一波長(zhǎng)管顯得更重要。進(jìn)氣系統(tǒng)中，低頻噪聲成分往往非常大，而控制低頻要采用赫爾姆茲消音器。所以在汽車設(shè)計(jì)初期，要盡可能地給進(jìn)氣系統(tǒng)留出較大空間，以便安裝赫爾姆茲消音器，一般來(lái)講赫爾姆茲消音器不能安裝在空氣濾清器上。諧振腔式消聲器諧振頻率計(jì)算公式(如下圖)： 其中：C-為空氣中的音速 L-接管長(zhǎng)度 S-接管平均斷面積 V-諧振腔的容積 f-諧振頻率f= (C/2)*(S/(L*V)1/2Lsv空濾諧振腔四分之一波長(zhǎng)管 四分之一波長(zhǎng)管是安裝在主管道上的一個(gè)封閉的管子，如下面圖所示。聲波從主

14、管道進(jìn)入旁支管后，聲波被封閉端反射回到主管，某些頻率的聲波與主管中同樣頻率的聲波由于相位相反而相互抵消，從而到達(dá)消音目的。 這個(gè)旁支管的傳遞損失為： 式中L是四分之一波長(zhǎng)管的長(zhǎng)度，而m是主管截面積與波長(zhǎng)管截面積的比值 當(dāng) （n=1,2,3）時(shí)，傳遞損失達(dá)到最大,旁支管長(zhǎng)為：四分之一波長(zhǎng)管共振的頻率為： 旁支管的頻率只取決于管道的長(zhǎng)度，管道越長(zhǎng)，頻率越低。從上式知道，影響四分之一波長(zhǎng)管傳遞損失的參數(shù)有兩個(gè)，一個(gè)是旁支管的截面積與主管截面積的比值m，另一個(gè)是波長(zhǎng)管的長(zhǎng)度。 四分之一波長(zhǎng)管的一端是開(kāi)口的，一端是封閉的，在開(kāi)口處的聲波會(huì)象活塞一樣運(yùn)動(dòng)，存在輻射聲阻抗，因此管道的實(shí)際工作長(zhǎng)度增加，需要對(duì)

15、開(kāi)口端進(jìn)行修正。對(duì)四分之一波長(zhǎng)管來(lái)說(shuō)，主管的管壁相當(dāng)于法蘭，于是四分之一波長(zhǎng)管的實(shí)際長(zhǎng)度應(yīng)該為： 式中 和 分別是實(shí)際長(zhǎng)度和計(jì)算長(zhǎng)度，修正頻率為： 擴(kuò)張消音器是由一個(gè)主要腔室和兩邊與之相連接的管道組成，如下圖。進(jìn)氣管道的截面積和出氣管道的截面積比擴(kuò)張腔室的截面積要小些。由于截面積的變化，聲阻抗就變化，因此擴(kuò)張消音器是一種抗性消音器。入射波到達(dá)擴(kuò)張室后，一局部能量被反射回進(jìn)氣管，從而消耗聲能。在消音器里面并沒(méi)有能量損耗。 擴(kuò)張消音器 擴(kuò)張器比對(duì)傳遞損失的影響 擴(kuò)張消音器是由一個(gè)主要腔室和兩邊與之相連接的管道組成，如下圖。進(jìn)氣管道的截面積和出氣管道的截面積比擴(kuò)張腔室的截面積要小些。由于截面積的變化，聲阻抗就變化，因此擴(kuò)張消音器是一種抗性消音器。入射波到達(dá)擴(kuò)張室后，一局部能量被反射回進(jìn)氣管，從而消耗聲能。在消音器里面并沒(méi)有能量損耗。 擴(kuò)張消音器 擴(kuò)張器長(zhǎng)度對(duì)傳遞損失的影響Flexible elbowDecoupling elementClean air shellFilterDirty air shellFilter connectionFlexible elementResonatorOrificeEx