汽車空氣動(dòng)力噪聲ppt課件

1、一、流場(chǎng)中聲源的分類1：單極子聲源2：雙極子聲源3：四極子聲源4：實(shí)踐存在的聲源5：壁面(軟、硬)上的湍流邊境層的聲源.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)緊縮周圍的流體，而成的聲源媒質(zhì)中流入質(zhì)量和熱量不均勻時(shí)構(gòu)成聲源。如沸騰的開水，水雷的爆炸，由于排氣管很短，而聲音在固體中波長久大于排氣管長度，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，其間隔近但相位相反。流場(chǎng)中有妨礙物，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)二維分別的情況可看做

2、雙極子聲源，如風(fēng)吹電線，低速風(fēng)過車身頂蓋縫隙等。 2、雙極子聲源與流場(chǎng)的平均速度6次方成正比 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，其間隔近但相位相反媒體沒有質(zhì)量熱量注入，由氣體的粘性作用產(chǎn)生的輻射聲波。氣流的三維分別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L.2、空腔諧振聲2、氣動(dòng)噪聲特征狹帶UL.3、亥姆霍茲共鳴氣動(dòng)噪聲特征狹帶

3、.4、窗漏音氣動(dòng)噪聲特征 狹帶 開口部如車頂天窗，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)生最大窗漏噪聲，多為車速在4080km/h開場(chǎng)產(chǎn)生.5、振動(dòng)噪聲氣動(dòng)噪聲特征 狹帶Uab 流動(dòng)經(jīng)過圓柱時(shí)在下流產(chǎn)生規(guī)那么的渦，有該渦產(chǎn)生的噪聲稱為振動(dòng)噪聲，處于b/a=0.2806穩(wěn)定形狀下的渦稱為卡門渦. 流場(chǎng)中實(shí)踐存在的聲源為以上各種聲源的集合體，大部分是雙極子和四極子聲源的集合體。根據(jù)相關(guān)研討，總結(jié)：汽車氣動(dòng)噪聲聲源的分類，產(chǎn)生氣動(dòng)噪聲的緣由大體上包括三種，即密封不良、二維分別流動(dòng)以及三維分別流動(dòng)，見表氣動(dòng)噪聲特征 廣帶，三維分別具有音域廣的特性. 1流場(chǎng)中實(shí)踐存在的聲源為以上各種聲源的

4、集合體，由于三維分別流動(dòng)在汽車車速范圍內(nèi)60350km/h，氣流分別點(diǎn)、面位置根本固定在某特定的小范圍內(nèi)，氣動(dòng)阻力系數(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，車身部分構(gòu)成較高負(fù)壓力區(qū)，呵斥內(nèi)流的吸出減小車身縫隙，采用吸音資料。氣動(dòng)噪聲特征 廣帶，三維分別具有音域廣的特性. 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)生氣流分別，渦流，渦流湍流相互作用，構(gòu)成強(qiáng)大的脈動(dòng)壓力。 2汽車外表的脈動(dòng)壓力傳送途徑： 1滲漏噪聲：經(jīng)過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

5、射的噪聲 3滲漏噪聲分兩部分：1以車身外部脈動(dòng)流經(jīng)過密封件構(gòu)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縫隙氣流分別二維，三維產(chǎn)生雙極子和四極子聲源氣動(dòng)噪聲特征 廣帶，三維分別具有音域廣的特性.對(duì)二維流動(dòng)的干涉在天線上纏繞螺旋線在天窗上安裝適宜資料特性的雙層密封條. 細(xì)節(jié)外型設(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)的干涉.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，添加了約4.4%； 通常情況下，整車風(fēng)阻在0.2

6、80.32之間，后視鏡的添加量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接近車體的一側(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，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看：減小氣流的渦流區(qū)域，減小氣流分別面渦流.進(jìn)氣噪聲 1、進(jìn)氣系統(tǒng) 發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟

7、，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。 空氣濾清器普通由進(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。空氣濾清器的功用主要是濾除空氣中的雜質(zhì)或灰塵，讓干凈的空氣進(jìn)入氣缸。實(shí)際證明，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)活力理 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

8、、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)氣閥周期性開閉而產(chǎn)生的壓力動(dòng)搖所構(gòu)成的。 3進(jìn)氣噪聲主要包括：周期性壓力脈動(dòng)噪聲、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)活力理 4進(jìn)氣閥門開啟時(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)，它遭到阻尼；當(dāng)進(jìn)氣門封鎖時(shí)，同樣產(chǎn)生一個(gè)有一定繼續(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)氣過程中的高速氣流流過進(jìn)氣門流通截面時(shí)，會(huì)構(gòu)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

9、主要集中在1000-2000Hz之間的高頻范圍；. 2、進(jìn)氣噪聲產(chǎn)活力理 6另外，假設(shè)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)氣閥封鎖時(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動(dòng)搖，這種動(dòng)搖由氣門處以緊縮波和稀疏波的方式沿管道向遠(yuǎn)方傳播，并在管道開口端和封鎖的氣閥之間產(chǎn)生多次反射，產(chǎn)生動(dòng)搖噪聲。 進(jìn)氣噪聲與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣方式、進(jìn)氣門構(gòu)造、缸徑、凸輪型線等設(shè)計(jì)要素有關(guān)，對(duì)同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)來說，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)

10、 f: 噪聲頻率2、熄滅和撞擊聲： 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)火頻率一樣.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，普通來說，容積越大消音效果就越好。但受前倉空間的限制，空濾不能夠做的非常大，因此消音效果遭到限制。空濾的濾芯是阻性消聲器良好的吸聲資料。 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

11、器本體內(nèi)，配合空濾本體內(nèi)氣道設(shè)計(jì)來消除噪聲。空氣濾清器相當(dāng)于一個(gè)擴(kuò)張消音器，影響其傳送損失的要素有兩個(gè)：擴(kuò)張比m和濾清器的長度L。擴(kuò)張比越大越好，有兩種方法提高擴(kuò)張比：一是減小管道的尺寸，二是添加濾清器的截面積。減小管道尺寸會(huì)使得功率損失添加，而添加濾清器的截面積又遭到安裝空間的限制。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送損失。.假設(shè)只思索進(jìn)入管插入即 這時(shí)的傳送損失簡化為：管道插入后，傳送損失添加，而且在某個(gè)頻率處出現(xiàn)了一個(gè)峰值，當(dāng)時(shí)傳送損失到達(dá)最大值，對(duì)應(yīng)的頻率為傳送損失可以用以下公式來表達(dá)： . 插入長度正好是波長的四分之一，也就是說進(jìn)入管插入到濾清器中后，就相當(dāng)于在系統(tǒng)中

12、參與了一個(gè)四分之一波長管，利用這個(gè)插入管，就可以調(diào)理某些頻率下的傳送損失。 插入管大大地提高了插入損失，但是濾清器內(nèi)有過濾網(wǎng)，這樣插入長度往往遭到限制。另一方面，插入管會(huì)帶來較大的功率損失，其損失值比減小管道直徑帶來的損失還要大。所以能否采用這種插入管，要權(quán)衡傳送損失和功率損失。 空中聲波長約為250mm. 普通來說，減小空濾進(jìn)氣管的截面積有顯著的降噪效果； 添加進(jìn)氣管長度可以降低低速噪聲，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)的充氣效率有較大動(dòng)搖； 引進(jìn)消聲措施：主要是添加赫爾姆茲消音器諧振腔和四分之一波長管。赫爾姆茲消音器普通

13、是用來消除低頻噪聲，而四分之一波長管用來消除高頻噪聲。假設(shè)要用四分之一波長管來消除低頻噪聲，那么波長管必需做得很長，但是太長的管道很難安裝。 這兩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管要寬，所以赫爾姆茲消音器比四分之一波長管顯得更重要。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，要盡能夠地給進(jìn)氣系統(tǒng)留出較大空間，以便安裝赫爾姆茲消音器，普通來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(如以下圖)： 其中：C-為空氣中的音速 L-接納長度 S-接納平均斷面積 V-諧振腔的容積 f-

14、諧振頻率f= (C/2)*(S/(L*V)1/2Lsv空濾諧振腔.四分之一波長管 四分之一波長管是安裝在主管道上的一個(gè)封鎖的管子，如下面圖所示。聲波從主管道進(jìn)入旁支管后，聲波被封鎖端反射回到主管，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)旁支管的傳送損失為： 式中L是四分之一波長管的長度，而m是主管截面積與波長管截面積的比值 當(dāng) n=1,2,3時(shí)，傳送損失到達(dá)最大,旁支管長為：四分之一波長管共振的頻率為： . 旁支管的頻率只取決于管道的長度，管道越長，頻率越低。從上式知道，影響四分之一波長管傳送損失的參數(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

15、m，另一個(gè)是波長管的長度。 四分之一波長管的一端是開口的，一端是封鎖的，在開口處的聲波會(huì)象活塞一樣運(yùn)動(dòng)，存在輻射聲阻抗，因此管道的實(shí)踐任務(wù)長度添加，需求對(duì)開口端進(jìn)展修正。對(duì)四分之一波長管來說，主管的管壁相當(dāng)于法蘭，于是四分之一波長管的實(shí)踐長度應(yīng)該為： 式中 和 分別是實(shí)踐長度和計(jì)算長度，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銜接的管道組成，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，一部分能量被反射回進(jìn)氣管，從而耗費(fèi)聲能。在消音器里面并沒有能量損耗。 擴(kuò)張消音器 擴(kuò)張器

16、比對(duì)傳送損失的影響. 擴(kuò)張消音器是由一個(gè)主要腔室和兩邊與之相銜接的管道組成，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，一部分能量被反射回進(jìn)氣管，從而耗費(fèi)聲能。在消音器里面并沒有能量損耗。 擴(kuò)張消音器 擴(kuò)張器長度對(duì)傳送損失的影響.Flexible elbowDecoupling elementClean air shellFilterDirty air shellFilter connectionFlexible elementResonatorOrificeExample Jaguar(美洲虎 X150 Air Induction system.Filter