摘要 :采用白噪声信号作为标准声源的输入信号 ,在常温无气流条件下对消声器实物模型 进行了静态放声试验 。使用消声器倍频程消声量的测量结果 ,并应用相似准则 ,推算出消声器 在高温条件下各频带的消声量 ,从而计算出消声器的总消声量 。将此方法应用于某一型号船 用高速柴油机排气消声器 ,将通过放声试验推算的结果与实际配机试验的倍频程数据进行对 比分析 ,结果表明该方法用于预测消声器消声量是可行的 。 关键词 :内燃机 ;相似准则 ;静态放声试验 ;消声量 Key Words : I. C. Engine ;Scale Principle ;Static Acoustic Test ;Noise Attenuation
实际工况下 ,发动机排气在消声器入口的温度 为 398 ℃,结合公式 (2) ～ (4) 有 :
f 2
=
C2 C1
f
1
=
20. 05 331. 5
273 + + 0. 61
398 ×0
f
1
= 1. 57 f 1
(5)
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
中图分类号 :TK421. 6 文献标识码 :A
1 概述
消声器的声学与阻力特性是柴油机排气消声器 的两个重要性能指标 。在保证尽可能小的外形尺寸 和阻力损失的前提下 ,追求尽可能大的消声量是消 声器设计的主要目标 。在当今的消声器设计中 ,阻 力计算已有较成熟的方法 ,运用流体计算软件对消 声器流场进行分析计算 ,在设计阶段就可以保证使 消声器结构具有较好的阻力特性 ,并能满足使用要 求 。但由于影响消声量的因素复杂 ,声学理论计算 与实际测得的消声量有较大差别 ,对于消声器的声
中心频率
声压级 ,dB
序号
Hz 消声器 空管 插入损失
1
50
93. 5 107. 0 13. 5
2
100
94. 5 115. 0 20. 5
3
200
87. 2 114. 0 26. 8
4
400
61. 4 108. 0 46. 6
5
800
62. 8 110. 0 47. 2
6
1. 6k
59. 9 107. 0 47. 1
3 试验方法及结果
消声器消声量的测量一般可采用传递损失 TL 和插入损失 D 两种测量方法 。由于消声器交验时的 测量方 法 一 般 采 用 工 程 上 常 用 的 插 入 损 失 测 量 方 法 ,静态放声试验时也考察消声器消声量的插入损 失 。用白噪声信号作为标准声源的信号输入 ,用滤 波器保证噪声频率在 20Hz～20kHz 之间 。噪声源置 于隔声罩内 。噪声测量采用 B &K 公司的 2238 声级 计 ,并与数据采集分析仪相联 。试验在空旷场地上 进行 ,背景噪声小于 60dB (A) 。试验布置如图 1 所 示。
50. 3 63. 8
13. 5
2
63
58. 4 78. 9
20. 5
3
125
59. 4 86. 2
26. 8
4
250
51. 7 98. 3
46. 6
5
500
55. 4 102. 6 47. 2
6
1k
56. 4 103. 5 47. 1
7
2k
55. 9 102. 7 46. 8
8
4k
54. 3 100. 6 46. 3
2004 年第 4 期 内 燃 机 工 程
·43 ·
2 试验所依据的相似准则
本文对消声器进行的静态放声试验采用了 1∶1 实物模型试验 ,消声器模型试验遵循相似准则进行 。 根据相似原理 ,凡彼此相似的现象 ,必定有数值相同 的相似准则[2] 。对于 1∶1实物模型试验 ,消声器试验 件的各腔长度及膨胀比 m 与消声器的实际尺寸相 同 ,不存在几何相似的问题 。从声学相似的角度 ,静 态放声与热态配机试验应满足相似准则[1] :
·44 ·
内 燃 机 工 程 2004 年第 4 期
上式表明 ,0 ℃放声时消声器在 f1 频率处的消声 量在高温 (398 ℃时) 情况下对应的中心频率应为 : f2 = 1. 57f1 。例如 :在 0 ℃放声时消声器在 31. 5Hz 中心 频率的消声量为 13. 5dB ,推算到高温条件下 (398 ℃ 时) 取得同样消声量的中心频率应为 :31. 5 ×1. 57≈ 50Hz 。用此方法依据表 1 推算出表 2 ,表格中的“空 管”列为发动机生产厂提供的发动机排气噪声谱 ; “消声器”列为安装消声器后的预测噪声谱 ,等于“空 管”列与“插入损失”列对应值之差 。对此两列数据 利用下式进行 A 计权 :
9
8k
57. 2 94. 3
37. 1
当温度高于 30 ℃或低于 - 30 ℃时 ,声音在空气 中的传播速度为 :
C = 20. 05 T
(3)
式中 , T = 273 + t , K。 当温度低于 30 ℃高于 - 30 ℃时 ,声速可以由下
式计算 :
C = 331. 5 + 0. 61 t
(4)
收稿日期 :2003206204 作者简介 :张新玉( 1972 - ) ,男 ,讲师 ,主要研究方向为柴油机振动及噪声控制 、船舶特种动力装置 , E2mail :zhangxinyu @hrbeu. edu. cn 。
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
( LfΠC) 1 = ( LfΠC) 2
(1)
式中 ,L 、f 、C 分别为消声器吸声腔长度 、声波频率和 声速 。由于试验模型为 1∶1实物模型 , L 为常数 ,因 此 ,应有 :
C1 = C2 =λ
(2)
f1 f2
上式的物理意义可以理解为 ,消声器结构一旦 确定 ,其有效的消声波长就已确定 。随着温度的升 高及气体声速的不同 ,消声频率也发生相应的变化 。 如果 C1 、f1 对应静态放声试验时的气体声速与消声 频率 ,那么在高温情况下 ,由于气体声速变为 C2 ,取 得同样消声效果的对应频率应为 f2 。依据这一准 则 ,由静态放声试验的各频段消声量推算到高温情 况下 ,得出高温条件下消声器各频段的消声量 ,根据 发动机生产厂提供的发动机噪声谱 ,就可粗略估计 消声器的消声效果 。
第 25 卷 第 4 期
内 燃 机 工 程
Vol. 25 No. 4
2004 年 8 月 Chinese Internal Combustion Engine Engineering Aug. 2004
用以上试验方法对某船用高速柴油机排气消声 器进行静态放声试验 ,试验现场温度为 0 ℃,试验数 据如表 1 所示 。
图 1 静态放声试验现场布置图
4 数据分析及讨论
4. 1 数据分析
表 1 静态放声试验倍频程数据表( 0 ℃)
中心频率
声压级 ,dB
序号
Hz 消声器 空管 插入损失
1
31. 5
学特性仅采用理论计算往往是不够的 。因此 ,在研 制消声器时 ,可将理论与试验相结合 ,通过试验对所 设计消声器的声学性能进行验证 ,并以此来优化消 声器的声学设计 。最有效的方法是将所设计消声器 的试验件进行配机试验 ,然而 ,对于船用柴油机排气 消声器而言 ,由于环境条件及试验经费的制约 ,在消 声器装船前一般没有配机试验的机会[1] 。因此 ,探 讨在室 温 或 常 温 条 件 下 对 消 声 器 进 行 静 态 放 声 试 验 ,应用相似准则 ,找出静态放声与配机时高温条件 下消声效果间的规律 ,从而预测柴油机排气消声器 的消声量 ,对消声器的设计研制工作具有实际意义 。
LA
=
10lg
n
∑100.
1 ( L pi
+ΔAi )
(6)
i =1
式中 ,LA 为 A 声级 ,dB (A) ; L pi 为第 i 个倍频带声级 , dB ;ΔAi 为第 i 个频率 A 计权网络衰减值 ,dB 。
如表 2 中所示 ,线性声级和 A 声级插入损失分 别为 23. 5dB 和 35. 1dB (A) 。
ZHANG Xin2yu1 , ZHAO Zhen2yu2 , ZHANG Wen2ping1 , WANG Zhi2qiu1
(1. Harbin Engineering University , Harbin 150001 ,China ;2. Marin office in Harbin Steam Turbine Company)
文章编号 :1000 - 0925 (2004) 03 - 042 - 04
250073
预测柴油机排气消声器消声量试验方法研究
张新玉1 ,赵振宇2 ,张文平1 ,王芝秋1 (1. 哈尔滨工程大学 ,哈尔滨 150001 ;2. 海军驻哈尔滨汽轮机厂代表室)
An Investigation on the Measurement Method to Predict Noise Attenuation of Diesel Engine Exhaust Silencers
于没有考虑气流再生噪声的影响 ,推算结果与实际
表 3 配机试验倍频程数据表( 398 ℃)
中心频率
声压级 ,dB
序号
Hz 消声器 空管 插入损失
1
50
90. 0 111. 0 21. 0
2
100
99. 1 121. 7 22. 6
3
200
87. 9 110. 2 22. 3