柴油机消音器（柴油机排汽消音器）产品设计使用说明 

      柴油机消音器（柴油机排汽消音器）产品设计使用说明，对柴油机排气柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的扩张腔、穿孔管、穿孔板等基本消声单元的消声特性进行研究。讨论了扩张腔的进、出口插入管、穿孔管的孔径、穿孔区域在腔体的位置以及穿孔板在柴油机消音器（柴油机排汽消音器）腔体中的位置对柴油机消音器（柴油机排汽消音器）传递损失的影响。对柴油机柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的合理设计具有重要的参考意义。
     柴油机排气柴油机消音器（柴油机排汽消音器）多为抗性柴油机消音器（柴油机排汽消音器）抗性柴油机消音器（柴油机排汽消音器）利用各种尺寸形状的管道或共振腔的适当组合，造成声波在系统中传播时阻抗失配，使声波在管道和共振腔内发生反射或干涉，从而降低其输出声能。抗性柴油机消音器（柴油机排汽消音器）虽然内部结构形式多样，但组成柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的基本消声单元不外乎扩张型元件与共振型元件2种形式W。由于单孔共振腔只对单一声频噪声有效，因此，在实际柴油机消音器（柴油机排汽消音器）中常采用穿孔管或穿孔隔板2种亥姆霍兹共振体，以扩大消声频率范围。
     复杂结构柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的消声特性是各种消声单元消声特性耦合作用的结果。因此掌握各种基本消声单元的消声特性及其受消声单元主要结构尺寸影响的变化规律，对合理设计复杂结构柴油机消音器（柴油机排汽消音器）具有重要的参考意义。
2柴油机消音器（柴油机排汽消音器）传递损失计算
     柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的消声性能通常用传递损失来衡量。传递损失TL定义为柴油机消音器（柴油机排汽消音器）入口和出口处的声功率级之差。它反映了柴油机消音器（柴油机排汽消音器）入口的入射声能与出口的透射声能之比，即式中，W?和W?分别为柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的输入和输出声功率；pi和p?分别为柴油机消音器（柴油机排汽消音器）输入和输出的声压；S;和S?分别为柴油机消音器（柴油机排汽消音器）进口和出口的截面积。当S=S?时，传递损失TL即为柴油机消音器（柴油机排汽消音器）进、出口声压级之差。
     可见，传递损失TL只反映柴油机消音器（柴油机排汽消音器）本身的传递特性，而不受声源管道系统和柴油机消音器（柴油机排汽消音器）出口端尾管的影响，即与声源、柴油机消音器（柴油机排汽消音器）出口端阻抗无关。
     柴油机消音器（柴油机排汽消音器）传递损失的计算模型2-如图1所示。声源为一随机白噪声，可根据需要设置相应的噪声频率和幅值。
传递损失计算模块
图1柴油机消音器（柴油机排汽消音器）传递损失计算模型
3基本消声单元消声特性
3.1扩张腔
     利用GT-Power软件建立柴油机消音器（柴油机排汽消音器）扩张腔的结构模型。取柴油机消音器（柴油机排汽消音器）壳体长为500mm,圆形断面直径为φ150mm,进、出口管直径均为φ50mm,管壁和壳体壁厚均为1.5mm。进、出口管件均与扩张腔同轴对正插入，如图2所示。
     图3是无管件插入的简单扩张腔与有进、出口管插入时4种情况柴油机消音器（柴油机排汽消音器）传递损失对比。进、出口管插入柴油机消音器（柴油机排汽消音器）壳体中的长度均为壳体总长的1/4。
     由图3可见，无插入管的简单扩张腔式柴油机消音器（柴油机排汽消音器）消声量不大，并且存在通过频率。当存在插入管时，在某些频段总体消声量明显增大，但通过频率现象依然存在。只有进口管或只有出口管插入腔室时，柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的消声量及其变化趋势基本相同。当进、出口管都插入扩张腔时，在某些频段上的总体消声量大。
     当扩张腔式柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的进、出口管轴线偏离扩张腔轴线时，如图4所示。声波在扩张腔内传播后，将在柴油机消音器（柴油机排汽消音器）两端的盖板处经过几个180°反射后才能传播出去，这将增加声波的声能损耗，提高消声量。图5是进、出口管无偏置和存在偏置时扩张腔式柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的传递损失对比。图中进、出口管偏置距离均为0.4d?,d?为进、出口管直径。
     图5表明，在中、低频处的某些频段，进、出口管存在偏置时的消声量比无偏置时略有增加；在高频处，进、出口管均偏置时柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的消声量明显增大。此外，在整个频段范围内，由于进、出口管对称于扩张腔轴线偏置，因此只有进口管偏置或只有出口管偏置时的传递损失曲线几乎重叠。
     图6是进、出口管对称于扩张腔轴线偏置时，偏置值大小对柴油机消音器（柴油机排汽消音器）消声特性的影响。由图可知，并不是偏置值越大，柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的消声量增加越多。在中、低频区域，偏置值对各频段的影响不大，但依然存在一个使消声总量大的佳偏置值；在高频区域，偏置值对消声量影响较大，在不同频段都存在一个佳偏置值。因此，在设计柴油机消音器（柴油机排汽消音器）时，应根据具体的消声量要求确定进、出口管的偏置值。
3.2穿孔管
     在柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的扩张腔内沿轴线插入一直通穿孔管，原扩张腔将变成亥姆霍兹共振腔，如图7所示。
     图8是在穿孔率不变的情况下，直通管上的穿孔孔径对传递损失的影响。由图可见，在中、低频区域，穿孔孔径对柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的消声量几乎没有影响；在高频区域的某些频段，孔径对消声量具有明显的影响，孔径越小，消声量越大。
     图9是穿孔孔径不变(此处均为φ6mm),穿孔率改变对柴油机消音器（柴油机排汽消音器）传递损失的影响。随着穿孔率的增大，柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的消声量在某些频段上增加，但穿孔率过大，相应频段上的消声量反而有所下降。
3.3穿孔隔板
     穿孔隔板用以实现柴油机消音器（柴油机排汽消音器）多个腔体的连通，如图10所示。用多孔连通的优点是结构简单，只需在隔板上冲出几个小孔即可，但空腔不能被充分地隔开，不能充分发挥多腔的作用，还残留着单个空腔的性能。图11是隔板在空腔中的位置对柴油机消音器（柴油机排汽消音器）传递损失的影响。a为一腔长度占腔体总长的比例。
     由图11可见，当穿孔隔板居于柴油机消音器（柴油机排汽消音器）腔体中央，即a=0.5时，柴油机消音器（柴油机排汽消音器）通过频率出现的次数为原单腔柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的一半。
     图12是隔板上的孔分布对柴油机消音器（柴油机排汽消音器）传递损失的影响。孔均匀分布1(图13(a))是指四孔均距离隔板中心40mm,孔均匀分布2(图13(b))是指四孔均距离隔板中心55mm,孔密集分布(图13(c))是指四孔集中分布在隔板某一方位，其间无任何对称关系。
     由图12可见，在低频段，3种孔分布的柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的消声量和变化趋势基本相同。在中、高频段的某些频段，孔密布的柴油机消音器（柴油机排汽消音器）消声量略有增加，前2种孔均布形式对柴油机消音器（柴油机排汽消音器）传递损失影响的趋势相同。
     由GT-Power软件对柴油机排气柴油机消音器（柴油机排汽消音器）各消声单元对传递损失的影响分析可见：
     (1)在某些噪声频段，柴油机消音器（柴油机排汽消音器）有插入管比无插人管的总体消声量大，且在该频段无通过频率，进、出口管都插入的柴油机消音器（柴油机排汽消音器）比单端插入的总体消声量大。
     (2)对于高频噪声，进、出口管均偏置时柴油机消音器（柴油机排汽消音器）的消声量明显增大，其他频段仅有微小增加量。偏置值在高频段对消声量影响较明显，且在每个频段均存在佳偏置值。
     (3)穿孔管在高频区域的某些频段，孔径对消声量具有明显影响，二者之间呈现负相关关系。穿孔率在某些频段上与消声量呈正相关关系，但不宜过大。
     (4)隔板位置对柴油机消音器（柴油机排汽消音器）消声性能影响较大。总体来看，小的分隔比有利于提高高频的传递损失。隔板上孔的分布方式对消声性能的影响在低、中频段不明显，在高频段孔密布方式的消声效果优于孔均布的方式。