脉动喷气式发动机进气噪声控制技术研究

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在能源问题和环境问题日益被重视的今天,脉动发动机因为燃烧强度高,燃烧效率高,污染小等优点而受到越来越多的关注,但其噪声太大,不但不利于操作者的身体健康,还影响着人们对它的研究兴趣。因此,脉动发动机的噪声控制问题值得关注。本论文主要进行了脉动喷气式发动机进气口噪声的控制技术,以及各降噪方案对发动机综合性能影响的研究。利用ANSYS软件强大的声场分析功能对抗性消声器的声学性能进行了分析,得出其传递损失曲线,从而对消声器的消声效果有了一定的预见性,这样的设计简单有效,为以后的进一步研究奠定了基础。设计了发动机降噪效果及综合性能实验方案,构建了发动机噪声及综合性能实验台架。综合考虑所研究发动机本身结构尺寸及其进口单向阀工作性能对驱动脉动燃烧的控制机理起着关键性作用等方面,选取所设计的抗性消声器中的三个进行了实验研究。实验表明:三个抗性消声器都起到了一定的消声作用,在消声量方面,以距离进气口轴向30cm处的声压级降低为最大,最高达9分贝。扩张比为11的消声器m11已经能够达到较大的消声量,再增大扩张比,声压级几乎不再降低,甚至出现高频失效现象。在消声频率特性方面,三个消声器在所需消声频率所在的频带上均有较大消声量,其中的消声器m11上下截止频率适当,消声频率特性为三者中最好的,充分说明了消声器的扩张比要在允许的范围内尽可能取大,不能盲目选择最大值。在保证发动机有较好的起动性能和工作稳定性能的基础上,设计了三个加装不同厚度玻璃纤维毡的阻性消声器,并对其进行了实验研究。实验表明:安装三个阻性消声器后,各测点的声压级均有所降低,且都以距离进气口轴向30cm处的声压级降低为最大,最高达5分贝。各测点的声压值随着抗性消声器内所加玻璃纤维毡厚度的增加呈明显下降趋势。在消声频率特性方面,三个消声器在中高频段均有较好的消声效果,但低频消声效果均不好,有气流再生噪声产生,这与气流对阻性消声器性能影响及阻性消声器中高频消声性能较好的理论是相符的。总体来说,消声器Z12的消声效果最好。用压力波形分析法和噪声频谱分析法同时对发动机的工作频率进行了测定,两种测试方法所测得的发动机同一工作条件下的工作频率完全相等,但与所算得的工作频率的理论值相比仍存在13.3%到20.9%这样大的差值,分析认为,差值的出现主要是由于工作频率理论值的计算公式是不考虑加热条件下的,而实测频率是声学条件与供热条件共同耦合的结果。实验还表明:安装抗性和阻性消声器对发动机工作频率的影响均很小,这是因为安装抗性和阻性消声器前后,与发动机工作频率理论值相关的因素,除本地音速外都没发生变化,而由燃烧室内温度变化引起的本地音速变化较小,因此,发动机工作频率变化很小。进行了油耗实验,实验表明:由于抗性消声器对进气口空气流动的阻力较小,因此,安装抗性消声器对发动机燃油消耗率和过量空气系数的影响不大。而安装阻性消声器使燃油消耗率下降,且随着阻性消声器内所加玻璃纤维毡厚度的增加而呈明显下降趋势,但过量空气系数变化不大。进行了尾气分析,实验表明:加装抗性消声器前后,NOx、HC、CO的含量都极低,NOx值均小于2.67ppm,且大多数情况下为0,HC值均小于17.7ppm,CO含量均小于8.71×10-2%,这正是脉动燃烧器的优势所在,也表明,加抗性消声器并没有破坏发动机内强烈的气流脉动,仍保持了发动机原来的燃烧效率高等优势。
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