基于Virtual Lab研究影響空氣濾芯消聲能力的因素

李光武 王志強(qiáng)

摘 要：進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲是汽車的主要噪聲源之一 它直接影響著車內(nèi)噪聲和通過(guò)噪聲 從而影響著駕乘人員的駕乘感受和能否滿足通過(guò)噪聲的法規(guī)要求。空氣濾清器作為進(jìn)氣系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件之一 它不僅僅起到保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的能力 還具備著降低進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲的能力。空氣濾芯作為多孔介質(zhì) 不僅能吸收噪聲 還可以通過(guò)多孔區(qū)域?qū)⒙暷苻D(zhuǎn)化為熱能從而消除噪聲 而影響空氣濾芯降噪能力的因素主要為流阻率、孔隙率和結(jié)構(gòu)因子 而三個(gè)因素是如何影響空氣濾芯的消音能力就需要通過(guò)仿真分析進(jìn)行驗(yàn)證。文章通過(guò)Hyper mesh和Virtual Lab軟件進(jìn)行傳遞損失聯(lián)合仿真分析 驗(yàn)證各個(gè)因素對(duì)濾芯消聲能力的影響。

關(guān)鍵詞：空氣濾芯;Hyper mesh;Virtual Lab;傳遞損失

中圖分類號(hào)：U467.4? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）18-131-03

Abstract： Noise of intake system is one of the main noise souse of vehicle， it affects noise level of driving cab and bass-by noise directly， thus driving feeling and regulation of bass-by noise will be affected. As a main component of vehicle， air filter box not just protects engine， also has ability of noise elimination. As a porous material， air filter element can absorb noise， also can transfer acoustic power to heating power and eliminate noise. There are three factors influence ability of noise elimination of air filter element， they are flow resistivity， porosity and tortuosity， we need to valid how the factors impact ability of noise elimination by simulation. Hyper mesh and Virtual Lab will be used to simulate transmission loss of air filter box and valid factors effect ability of noise elimination.

Keywords： Air filter element; Hyper mesh; Virtual Lab; Transmission loss

CLC NO.： U467.4? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）18-131-03

1 前言

在進(jìn)氣系統(tǒng)前期開(kāi)發(fā)階段 流場(chǎng)仿真分析、聲學(xué)仿真分析和結(jié)構(gòu)模態(tài)仿真分析是設(shè)計(jì)和優(yōu)化的主要依據(jù)。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)初期 NVH工程師會(huì)根據(jù)項(xiàng)目需求提出進(jìn)氣系統(tǒng)傳遞損失要求 而傳遞損失直接影響著進(jìn)氣系統(tǒng)的消聲能力和進(jìn)氣口噪聲性能 從而影響著駕駛室噪聲水平和整車通過(guò)噪聲 傳遞損失在前期無(wú)法通過(guò)樣件進(jìn)行臺(tái)架驗(yàn)證的前提下 我們可以通過(guò)傳遞損失仿真分析去計(jì)算進(jìn)氣系統(tǒng)消聲能力。

空氣濾芯作為空氣濾清器吸聲[1]和消聲的主要零部件 它的特性是研究空氣濾清器的傳遞損失分析的主要方向。

2 濾芯的聲學(xué)參數(shù)

2.1 流阻率

流阻率為流阻為材料兩邊的靜壓差和流速之比 通常多孔吸聲材料的流阻率為5×103～6×104Pa·s/m2[2]。為了對(duì)比流阻率對(duì)空氣濾清器傳遞損失的影響 空氣濾芯的流阻率分別取5000 Pa·s/m2、8000 Pa·s/m2和10000 Pa·s/m2。

2.2 空隙率

孔隙率為氣孔體積與材料總體積之比 多孔材料的孔隙率一般都大于70% 濾紙的空隙率相對(duì)高一些 一般達(dá)90%以上[3]。為了對(duì)比流阻率對(duì)空氣濾清器傳遞損失的影響 空氣濾芯的流阻率分別取75%、90%和97%。

2.3 結(jié)構(gòu)因子

結(jié)構(gòu)因子是影響多孔材料微觀結(jié)構(gòu)聲學(xué)特性的一個(gè)量 其數(shù)值一般為1～10[3]。為了對(duì)比流阻率對(duì)空氣濾清器傳遞損失的影響 空氣濾芯的結(jié)構(gòu)因子分別取2、4和6。

3 建立有限元及空氣濾芯聲學(xué)參數(shù)

3.1 有限元網(wǎng)格建立

使用Hyper mesh劃分空氣濾清器殼體和空氣濾芯的3D網(wǎng)格 網(wǎng)格大小為2mm 殼體網(wǎng)格數(shù)量為1，181，103個(gè) 空氣濾芯網(wǎng)格數(shù)量為359，096個(gè) 如圖1。

3.2 邊界條件設(shè)置

根據(jù)聲學(xué)特性 將實(shí)際的空氣濾清器進(jìn)口設(shè)置為聲學(xué)出口 實(shí)際的空氣濾清器出口設(shè)置為聲學(xué)進(jìn)口 空氣濾芯設(shè)置成多孔材料 空氣濾芯區(qū)域設(shè)置為吸聲流體區(qū)域 如圖1。

3.3 空氣濾芯參數(shù)建立

3.3.1 驗(yàn)證流阻率的影響

3.3.2 驗(yàn)證孔隙率的影響

3.3.3 驗(yàn)證結(jié)構(gòu)因子的影響

4 仿真分析及結(jié)果

4.1 不同流阻率的空氣濾清器傳遞損失仿真結(jié)果

空氣濾芯流阻率為10000 Pa·s/m2的空氣濾清器整體的傳遞損失要大于流阻率為8000 Pa·s/m2空氣濾清器 大于流阻率為8000 Pa·s/m2空氣濾清器 在200～400Hz較為明顯。

4.2 不同孔隙率的空氣濾清器傳遞損失仿真結(jié)果

仿真分析結(jié)果分析：

空氣濾芯的空隙率對(duì)空氣濾清器的傳遞損失是有影響的 但與流阻率和孔隙率不同 孔隙率的影響是階段性的 在低頻和中高頻范圍內(nèi) 孔隙率小 傳遞損失較好。

4.3 不同結(jié)構(gòu)因子的空氣濾清器傳遞損失仿真結(jié)果

仿真分析結(jié)果分析：

空氣濾芯結(jié)構(gòu)因子為6的空氣濾清器整體的傳遞損失要大于結(jié)構(gòu)因子為4的空氣濾清器 大于結(jié)構(gòu)因子為2空氣濾清器 在中高頻較為明顯。

5 結(jié)論

根據(jù)仿真分析結(jié)果可知 空氣濾芯的流阻率、孔隙率和結(jié)構(gòu)因子都會(huì)對(duì)空氣濾清器的傳遞損失結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響：

（1）空氣濾芯的流阻率越大 空氣濾清器的傳遞損失越大 但不明顯 區(qū)別在1～2dB之間;

（2）在低頻和中高頻范圍內(nèi) 孔隙率越小 空氣濾清器的傳遞損失越好 在650～900Hz范圍反之;需要注意的是 孔隙率越小 空濾的壓降性能會(huì)產(chǎn)生不好的影響 需要平衡壓降性能和傳遞損失性能;

（3）空氣濾芯的結(jié)構(gòu)因子越大 空氣濾清器的傳遞損失越好 在中高頻最為明顯。

參考文獻(xiàn)

[1] 方丹群.空氣動(dòng)力性噪聲與消聲器[M].北京：北京科學(xué)出版社，1978： 110-120.

[2] 李增剛.SYSNOISE REV5.6詳解[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005： 75-79.

[3] 賈維新.發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)噪聲和進(jìn)氣噪聲的數(shù)字化仿真及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2008：138.