近期,浙江大学能源工程学院动力机械及车辆工程研究所邱毅教授课题组在流体力学国际权威期刊《Physics of Fluids》(ZJU TOP)发表文章:“A computational fluid dynamics approach for full characterization of muffler without and with exhaust flow”,系统阐述了课题组在消声器声学分析的计算流体动力学(CFD)仿真方法中所取得的创新性成果,研究成果对复杂气流影响下消声器特性的预测具有重要意义。期刊链接:https://aip.scitation.org/journal/phf。
消声器是流体机械用于降低辐射噪声的重要部件,准确分析消声器声学特性是优化设计消声器的前提。传统的声学分析方法,如频域的解析法和有限元法,很难准确分析消声器内复杂流场对消声器声学特性的影响。而时域CFD法通过直接求解消声器内气流的瞬态Navier-Stokes本构方程,通过计算消声器进出口处的压强和质量流量的时域脉动信号,获得气流对消声器的非线性耗散和对流作用。课题组创新性地建立了用于计算消声器消声量NR、传递损失TL和传递矩阵TM的单一数值模型,采用了CFD法中通用的稳态压力边界和无限远场边界,极大地简化了用于声学分析的消声器CFD模型。采用上述CFD法计算的NR、TL和TM都得到了成熟的解析法计算结果和实验结果的验证。
课题组采用上述CFD法计算了消声器在无气流,常温下气流和发动机高温排气作用下消声器的NR和TL。研究发现,0.1马赫数的气流对消声器声学特性影响较小,而排气温度对消声器影响较大,随着排气温度的升高,消声器的NR和TL频谱曲线向高频偏移。