复杂结构消声器消声特性的数值分析及结构优化
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第 ２ Ｏ卷 第 １ 期
２０ ０ ７年 ２月
振 动 工 程 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＶｉｒ ｔ ｎ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｏ ｒ ａ ｂ ａｉ ｇｎ ｅ ｉｇ ｏ ｏ
Ｖ ｏ１ ０ Ｎ ｏ． ．２ １
Ｆｅ ２ ７ ｂ． ００
消声 器 为抗性 消声器 ， 在基 本假设 的前提 下 ， 认 为 内部 声 场 是 均 匀理 想 流体 媒 质 的 小 振 幅声 波 波 动， 直角 坐标 系下声 传播 的波动 方程 为
ａ＋ｖ 警一０ｔ ｒ ０ ０ ０ ｆ２ ａ＋ ８
式中
方 程
。 ４ 志 一 ０ － 。
声 特 性 ， 进 一 步 提 高 消声 器 的声 学 性 能 ， 基 本 假 设 的前 提 下 ， 理 处 理 进 出 口及 壁 面 的 边 界 条 件 ・ 立 消 声 器 并 在 合 建
内部 声 场 的 三维 有 限元 模 型 ， 算 消 声 器 的传 递 损 失 （ ） 计 ＴＬ 。然 后 ， 分析 了不 同 的结 构 参 数 （ 隔板 位 置 、 内插 管 位 置 、 进 口管 位 置 ） 消声 器 的 传 递损 失 的 影 响 ， 优 化 了 消 声 器 的 结 构 参 数 ， 效 地 提 高 了 消 声 器 的 消 声 性 能 ， 得 压 对 并 有 使
（） ２ 介质 在没 有声 干扰 时其初 速 度为 ０ 介质 是 ， 静态的（ 即认 为流 体本 身 的流 速 和声 波 的传播 速 度
相 比很 小 可 以忽 略不 计 ） 且 介质 是 均匀 的 （ ， 即介 质 中静 态压 强和静 态 密度不 变 ） 。 （ ） 传播 是绝 热过 程 ， ３声 即介 质与 毗邻 的部 分不 会 由于声 传播 引起 的温差 而产生 热交换 。 （） ４ 介质中传播的是小振 幅声 波， 质中各种声场 介 的参数都是一 阶微量 ， 可以用线形波动方程来描述 。
振 动 工 程 学 报
第２ Ｏ卷
式 中 ｋ ／ 为 波数 ； 为 圆频率 。 ＝￣ ｃ
利 用 Ｇ ｌｒ ｉ ａｅｋｎ方法 或 者 变 分 原理 ， 式 （ ） 对 ２ 进 行变换 ， 并进行 离散 ，递 矩阵 参数 ， 后再计 算传 递损 失［ 。 然 ２ 本 ］ 文 采 用 Ｕｎｇ ａ ｈｃ ｉｒｐ ｉ ｓ建立 消 声器 几 何 模 型 ， ＮＳ Ａ ＹＳ 建 立 有 限元模 型 ，ＹＳ Ｓ Ｎ０ＩＥ 进 行声 场 分 析 ， 计 Ｓ 并 算 消声器 的传 递损 失 。详 细地 分析 了不 同的结 构参 数（ 隔板 位置 、 内插 管位置 、 口管位 置 ） 消声 器的 进 对
器 的消声性 能 。
１ 理 论模 型
１ １ 基 本 假 设 ．
（ ） 质 为理 想 流体 ， １介 即介 质 中不 存 在 黏性 ， 声 波在 介质 中传播 没有 能量 损耗 。
消声 器 的设 计 有传递矩 阵法 和有 限元 法 。传 递 矩 阵法 常用 于简单 结 构 消声器 的声 学性 能 分 析 ， 且 使 用 范 围仅 限于平 面 波传 播 ， 能对 消 声器 内部声 只 场 做近 似的理论 分 析 。当频率不太高时 ， 方法是适 该 用 的 ； 是 当频 率提 高后 ， 但 实验结 果与 理论分 析 均表 明， 在消 声器扩 张腔 内存在 高次模 式 波 ， 内部声 波 其 本 质是 三维的 ， 且气流 的存在直接影 响消声器 中声 的
缩 机 整 机 噪声 降低 了 ３ ２ｄ 验 证 了该 分 析 方 法 的 可 行 性 ， 复 杂 结 构 消 声 器 的设 计 提 供 了参 考依 据 。 ． Ｂ， 为
关 键 词 ： 声 器 ； 递 损 失 ； 限元 法 ；结 构优 化 消 传 有
中图 分 类 号 ：Ｔ ５ ５ Ｂ ３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０４４ ２ （０ ７ ０—０ ７０ １ ０ —５ ３ ２０ ）１０ ９—４
１ ２ 波 动 方 程 ．
传播 ， 此时应用传递矩 阵法分析传递 损失就会有 较大
的误 差 。 限元法是 根据 变分原理求解数学 物理 问题 有 的一种方 法 ， 合于 具有任 意形状 的 消声器 系统 ， 适 是 分 析复杂形状消声器系统 动态 特性的有效方法 。 由于 消声 器声 场 结 构 比较 复 杂 ， 建立 消声 器 在 声 场 有 限元 模 型 时必 须 进行 合 理 的假设 ， 在 声 场 并 边 界上 加 上相 应 的边 界 条件 ， 算 出消 声器 人 口和 计 出 口的声 压 ， 而求 得消声 器 的传 递损 失［ 。此外 ， 进 １ ］ 还 可 以结合 传 递矩 阵与 有 限元 两 种 方 法 ， 即利 用 有
消声 性能 的影 响 ， 并优 化结构 参数 ， 有效地 提高消声
引 言
冰箱 压缩机 的 噪声 是衡 量压缩 机 品质 的主要指 标 之一 ， 压缩 机 噪声 成 分 中有 相 当部 分是 气 流 噪 在 声， 因此消 声器 的优 化 设计 是 降低 压 缩机 噪声 的 有
效 途径 。
收 稿 日期 ：０ ５０—４ 修订 日期 ：０ ５１— ３ ２ ０—６２ ； ２０ —０１
户为声 压 ； 为时 间 ， 为声 速 。 ￡ ｃ 对 式 （ ） 行 变量 分离 ， １进 即可 以得 到 Ｈｅｍｈ ｈ ｌ ｏｚ
（） ２
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９ ８
复 杂 结构 消声 器 消 声 特 性 的数 值 分 析及 结构 优 化
孟 晓 宏 ，金 涛
（ 江大 学 化 工机 械 研 究 所 ，浙 江 杭 州 ３ ０ ２ ） 浙 １ ０ ７
摘 要 ： 于 复杂 结 构 消声 器 的 内部 声 场 比较 复 杂 ， 面 波 理 论 无 法 准 确 预 测 其 分 布 ， 了计 算 复 杂 结构 消声 器 的 消 由 平 为
第 ２ Ｏ卷 第 １ 期
２０ ０ ７年 ２月
振 动 工 程 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＶｉｒ ｔ ｎ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｏ ｒ ａ ｂ ａｉ ｇｎ ｅ ｉｇ ｏ ｏ
Ｖ ｏ１ ０ Ｎ ｏ． ．２ １
Ｆｅ ２ ７ ｂ． ００
消声 器 为抗性 消声器 ， 在基 本假设 的前提 下 ， 认 为 内部 声 场 是 均 匀理 想 流体 媒 质 的 小 振 幅声 波 波 动， 直角 坐标 系下声 传播 的波动 方程 为
ａ＋ｖ 警一０ｔ ｒ ０ ０ ０ ｆ２ ａ＋ ８
式中
方 程
。 ４ 志 一 ０ － 。
声 特 性 ， 进 一 步 提 高 消声 器 的声 学 性 能 ， 基 本 假 设 的前 提 下 ， 理 处 理 进 出 口及 壁 面 的 边 界 条 件 ・ 立 消 声 器 并 在 合 建
内部 声 场 的 三维 有 限元 模 型 ， 算 消 声 器 的传 递 损 失 （ ） 计 ＴＬ 。然 后 ， 分析 了不 同 的结 构 参 数 （ 隔板 位 置 、 内插 管 位 置 、 进 口管 位 置 ） 消声 器 的 传 递损 失 的 影 响 ， 优 化 了 消 声 器 的 结 构 参 数 ， 效 地 提 高 了 消 声 器 的 消 声 性 能 ， 得 压 对 并 有 使
（） ２ 介质 在没 有声 干扰 时其初 速 度为 ０ 介质 是 ， 静态的（ 即认 为流 体本 身 的流 速 和声 波 的传播 速 度
相 比很 小 可 以忽 略不 计 ） 且 介质 是 均匀 的 （ ， 即介 质 中静 态压 强和静 态 密度不 变 ） 。 （ ） 传播 是绝 热过 程 ， ３声 即介 质与 毗邻 的部 分不 会 由于声 传播 引起 的温差 而产生 热交换 。 （） ４ 介质中传播的是小振 幅声 波， 质中各种声场 介 的参数都是一 阶微量 ， 可以用线形波动方程来描述 。
振 动 工 程 学 报
第２ Ｏ卷
式 中 ｋ ／ 为 波数 ； 为 圆频率 。 ＝￣ ｃ
利 用 Ｇ ｌｒ ｉ ａｅｋｎ方法 或 者 变 分 原理 ， 式 （ ） 对 ２ 进 行变换 ， 并进行 离散 ，递 矩阵 参数 ， 后再计 算传 递损 失［ 。 然 ２ 本 ］ 文 采 用 Ｕｎｇ ａ ｈｃ ｉｒｐ ｉ ｓ建立 消 声器 几 何 模 型 ， ＮＳ Ａ ＹＳ 建 立 有 限元模 型 ，ＹＳ Ｓ Ｎ０ＩＥ 进 行声 场 分 析 ， 计 Ｓ 并 算 消声器 的传 递损 失 。详 细地 分析 了不 同的结 构参 数（ 隔板 位置 、 内插 管位置 、 口管位 置 ） 消声 器的 进 对
器 的消声性 能 。
１ 理 论模 型
１ １ 基 本 假 设 ．
（ ） 质 为理 想 流体 ， １介 即介 质 中不 存 在 黏性 ， 声 波在 介质 中传播 没有 能量 损耗 。
消声 器 的设 计 有传递矩 阵法 和有 限元 法 。传 递 矩 阵法 常用 于简单 结 构 消声器 的声 学性 能 分 析 ， 且 使 用 范 围仅 限于平 面 波传 播 ， 能对 消 声器 内部声 只 场 做近 似的理论 分 析 。当频率不太高时 ， 方法是适 该 用 的 ； 是 当频 率提 高后 ， 但 实验结 果与 理论分 析 均表 明， 在消 声器扩 张腔 内存在 高次模 式 波 ， 内部声 波 其 本 质是 三维的 ， 且气流 的存在直接影 响消声器 中声 的
缩 机 整 机 噪声 降低 了 ３ ２ｄ 验 证 了该 分 析 方 法 的 可 行 性 ， 复 杂 结 构 消 声 器 的设 计 提 供 了参 考依 据 。 ． Ｂ， 为
关 键 词 ： 声 器 ； 递 损 失 ； 限元 法 ；结 构优 化 消 传 有
中图 分 类 号 ：Ｔ ５ ５ Ｂ ３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０４４ ２ （０ ７ ０—０ ７０ １ ０ —５ ３ ２０ ）１０ ９—４
１ ２ 波 动 方 程 ．
传播 ， 此时应用传递矩 阵法分析传递 损失就会有 较大
的误 差 。 限元法是 根据 变分原理求解数学 物理 问题 有 的一种方 法 ， 合于 具有任 意形状 的 消声器 系统 ， 适 是 分 析复杂形状消声器系统 动态 特性的有效方法 。 由于 消声 器声 场 结 构 比较 复 杂 ， 建立 消声 器 在 声 场 有 限元 模 型 时必 须 进行 合 理 的假设 ， 在 声 场 并 边 界上 加 上相 应 的边 界 条件 ， 算 出消 声器 人 口和 计 出 口的声 压 ， 而求 得消声 器 的传 递损 失［ 。此外 ， 进 １ ］ 还 可 以结合 传 递矩 阵与 有 限元 两 种 方 法 ， 即利 用 有
消声 性能 的影 响 ， 并优 化结构 参数 ， 有效地 提高消声
引 言
冰箱 压缩机 的 噪声 是衡 量压缩 机 品质 的主要指 标 之一 ， 压缩 机 噪声 成 分 中有 相 当部 分是 气 流 噪 在 声， 因此消 声器 的优 化 设计 是 降低 压 缩机 噪声 的 有
效 途径 。
收 稿 日期 ：０ ５０—４ 修订 日期 ：０ ５１— ３ ２ ０—６２ ； ２０ —０１
户为声 压 ； 为时 间 ， 为声 速 。 ￡ ｃ 对 式 （ ） 行 变量 分离 ， １进 即可 以得 到 Ｈｅｍｈ ｈ ｌ ｏｚ
（） ２
维普资讯
９ ８
复 杂 结构 消声 器 消 声 特 性 的数 值 分 析及 结构 优 化
孟 晓 宏 ，金 涛
（ 江大 学 化 工机 械 研 究 所 ，浙 江 杭 州 ３ ０ ２ ） 浙 １ ０ ７
摘 要 ： 于 复杂 结 构 消声 器 的 内部 声 场 比较 复 杂 ， 面 波 理 论 无 法 准 确 预 测 其 分 布 ， 了计 算 复 杂 结构 消声 器 的 消 由 平 为
