內(nèi)燃機(jī)排氣消聲器試驗(yàn)系統(tǒng)

蘇　赫，馬彥華，武　佩，張永安，薛　晶

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特 010018）

內(nèi)燃機(jī)排氣消聲器試驗(yàn)系統(tǒng)

蘇赫，馬彥華，武佩，張永安，薛晶

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，呼和浩特 010018）

針對(duì)消聲器性能測(cè)試需在發(fā)動(dòng)機(jī)或臺(tái)架上進(jìn)行，不方便且成本大的情況，研制一種內(nèi)燃機(jī)排氣消聲器試驗(yàn)系統(tǒng)。首先闡述該系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)各組成部分，對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行聲學(xué)特性和振動(dòng)特性分析，然后以分流氣體對(duì)沖消聲單元為對(duì)象，采用CFD方法對(duì)其計(jì)算5種不同入口速度下對(duì)應(yīng)的出口速度，并與用本試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)果表明：試驗(yàn)系統(tǒng)的噪聲源、氣流源均可滿足試驗(yàn)需求；試驗(yàn)系統(tǒng)隔聲罩隔聲效果明顯；試驗(yàn)系統(tǒng)音箱隔聲罩在噪聲和氣流同時(shí)開(kāi)啟的工況下z軸方向的振動(dòng)最大，峰值為0.44 g，試驗(yàn)時(shí)不會(huì)引起試驗(yàn)臺(tái)共振，也不會(huì)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備造成明顯的影響。CFD方法計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致，證明了試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性，可以滿足消聲器的測(cè)試需求，而且該系統(tǒng)制作成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。

聲學(xué)；試驗(yàn)系統(tǒng)；性能分析；排氣消聲器；內(nèi)燃機(jī)；計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)

采用消聲器是降低內(nèi)燃機(jī)排氣噪聲最直接有效的手段［1］。在消聲器的設(shè)計(jì)和改進(jìn)過(guò)程中，性能測(cè)試是一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)，包括聲學(xué)性能、空氣動(dòng)力性能和再生噪聲的測(cè)試。其中聲學(xué)性能和空氣動(dòng)力性能試驗(yàn)通常是在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行，在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)上評(píng)價(jià)消聲器的性能較為實(shí)際，但工作量大、操作繁瑣、試驗(yàn)成本高，無(wú)法滿足消聲器在各種工況下測(cè)試時(shí)的要求，特別是消聲器再生噪聲的測(cè)試在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)上很難完成，因此設(shè)計(jì)一個(gè)消聲器模擬試驗(yàn)系統(tǒng)很有必要。

對(duì)于排氣消聲器模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都做了相關(guān)的研究［2-7］。在國(guó)外，Andrew Wiegand和Scott MiersLudger等人分析研究了微型發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)連接發(fā)動(dòng)機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)，再結(jié)合虛擬儀器組建了用于測(cè)試微型二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)系統(tǒng)；Walter H.Krebl論述了智能化發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架的特點(diǎn)及應(yīng)用前景；Zhang Junzhi和Lu Qingchun研究了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)的控制方法，并對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。在國(guó)內(nèi)，蔡超和宮振闡述了排氣消聲器聲學(xué)特性試驗(yàn)臺(tái)的關(guān)鍵研制技術(shù)，并且提出了在研制過(guò)程中應(yīng)該注意的一些問(wèn)題；唐宇彤和蔡翠雪論述了消聲器模擬試驗(yàn)臺(tái)能夠代替發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架對(duì)消聲器進(jìn)行評(píng)價(jià)，而且有一定的優(yōu)勢(shì)；阮登芳和鄧兆祥研制了一種帶有加熱氣流裝置的消聲器性能試驗(yàn)系統(tǒng)，可以更準(zhǔn)確地模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量對(duì)消聲器性能的影響。以上文獻(xiàn)對(duì)消聲器試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)做了全面的分析，但大部分試驗(yàn)臺(tái)尺寸較大，且需隔聲墻將氣流源、噪聲源與測(cè)試區(qū)隔開(kāi)，導(dǎo)致了試驗(yàn)臺(tái)笨重，且占地較大。

針對(duì)以上情況，本文研制了一種內(nèi)燃機(jī)排氣消聲器試驗(yàn)系統(tǒng)，為試驗(yàn)系統(tǒng)中的氣流源與噪聲源設(shè)計(jì)了相應(yīng)的隔聲罩，免去了隔聲墻，實(shí)現(xiàn)了消聲器試驗(yàn)系統(tǒng)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低及操作簡(jiǎn)單的目的。

1　系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖1為試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物照片。主要由氣流發(fā)生裝置、噪聲發(fā)生裝置和臺(tái)架組成［5-7］。氣流發(fā)生裝置由變頻器、鼓風(fēng)機(jī)和隔聲罩組成；噪聲發(fā)生裝置主要由信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和揚(yáng)聲器組成。

圖1　試驗(yàn)系統(tǒng)照片

在該試驗(yàn)系統(tǒng)上可以對(duì)被測(cè)消聲器進(jìn)行有氣流和無(wú)氣流時(shí)消聲性能的測(cè)試，也可以對(duì)消聲器在無(wú)噪聲只有氣流的工況下進(jìn)行再生噪聲的測(cè)試。

1.1工作原理

該試驗(yàn)系統(tǒng)的氣流發(fā)生裝置和噪聲發(fā)生裝置為獨(dú)立的兩部分，二者可以同時(shí)開(kāi)啟，也可以單獨(dú)開(kāi)啟，其作用是能夠滿足消聲器在各種工況下測(cè)試的要求。用氣流發(fā)生裝置產(chǎn)生的氣流來(lái)模擬內(nèi)燃機(jī)的排氣，其氣流速度通過(guò)改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)，以滿足消聲器在不同氣流速度下的測(cè)試；用噪聲發(fā)生裝置來(lái)模擬內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的排氣噪聲，給消聲器的測(cè)試提供一個(gè)全頻帶噪聲源。

1.2設(shè)備的布置與選型

1.2.1氣流發(fā)生裝置

氣流發(fā)生裝置中鼓風(fēng)機(jī)選用的是上海與鑫機(jī)電科技有限公司生產(chǎn)的YX-73D-2型高壓風(fēng)機(jī)，功率2.2 kW，最大流量420 m3/h，最高壓力17 kPa，噪聲低于76 dB，與風(fēng)機(jī)配套還有進(jìn)風(fēng)口過(guò)濾器和出風(fēng)口消音器；變頻器選用的是中達(dá)電通股份有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為VFD022M43B的變頻器，功率為2.2 kW。變頻器的作用是通過(guò)改變鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)的輸入頻率進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，為消聲器的測(cè)試提供不同轉(zhuǎn)速的測(cè)量工況。

1.2.2噪聲發(fā)生裝置

該裝置中信號(hào)發(fā)生器選用的是寧波中策電子有限公司的DF-1681型噪聲信號(hào)發(fā)生器，噪聲源根據(jù)測(cè)試要求可以在20 Hz～50 kHz的粉紅噪聲和20 Hz～20 kHz的白噪聲中選擇；功率放大器選用的是SMITHS線性功放，輸出功率為2×350 W，頻寬為20 Hz～30 kHz；音箱是由兩個(gè)喇叭和特制木箱制作而成，喇叭選用的是日本羅蘭公司的12吋同軸喇叭，輸出功率100 W，聲壓130 dB，兩個(gè)喇叭面均與地面成45°夾角相對(duì)放置，用木箱將其封裝，正上方開(kāi)一直徑為35 cm的圓孔，作為揚(yáng)聲器聲音出口。噪聲通過(guò)管道直接通入主管道內(nèi)，可以有效地抑制噪聲向外泄漏，噪聲管道與主管道的連接如圖2所示。

圖2　噪聲管道與主管道連接圖

1.2.3隔聲罩

該消聲器試驗(yàn)系統(tǒng)隔聲罩分為風(fēng)機(jī)隔聲罩和音箱隔聲罩，隔聲罩的作用是降低風(fēng)機(jī)和音箱向外輻射的噪聲［8-11］，進(jìn)而降低測(cè)量時(shí)環(huán)境噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，隔聲罩是用厚度為3 mm的鋼板焊接而成，內(nèi)側(cè)由內(nèi)向外依次粘有阻尼隔聲材料和聚酯纖維吸聲材料，這兩種材料可以有效地吸收聲波、減弱振動(dòng)，并抑制聲波向外輻射。

2　試驗(yàn)系統(tǒng)的性能分析與檢驗(yàn)

本文主要從三方面對(duì)該系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析檢驗(yàn)，一是測(cè)試排氣管道出口處噪聲的頻譜，查看排氣噪聲的頻譜是否能夠滿足各頻帶消聲器試驗(yàn)的要求；二是對(duì)試驗(yàn)臺(tái)隔聲罩的隔聲效果進(jìn)行分析，盡量減小測(cè)試時(shí)的背景噪聲；三是分析氣流源與噪聲源同時(shí)工作時(shí)的背景噪聲；四是對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)特性分析［12］，研究風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是否會(huì)激發(fā)試驗(yàn)臺(tái)共振以及試驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)是否會(huì)對(duì)臺(tái)上儀器設(shè)備的壽命造成影響。

2.1排氣管道出口聲學(xué)特性的分析

未安裝消聲器，只開(kāi)啟噪聲發(fā)生裝置時(shí)，在與系統(tǒng)排氣管成90°方向距管口25 cm測(cè)點(diǎn)處測(cè)試了系統(tǒng)發(fā)出的噪聲［13］。聲級(jí)計(jì)選用B&K公司的2250型手持噪聲分析儀，傳聲器及放大器型號(hào)分別為4189和ZC0032。測(cè)試場(chǎng)地為一空曠實(shí)驗(yàn)室，距離最近墻壁為4.2 m，地面為水泥硬地面。圖3為未安裝消聲器的試驗(yàn)臺(tái)測(cè)點(diǎn)處的聲壓級(jí)1/3倍頻程圖，從圖中可以看到中心頻率為63 Hz～2500 Hz頻帶內(nèi)噪聲聲壓級(jí)在100 dB（A）左右，其中部分已超過(guò)110 dB（A），所以噪聲發(fā)生器發(fā)出的噪聲強(qiáng)度在整個(gè)測(cè)試頻率范圍內(nèi)均較為可觀，而這個(gè)頻率范圍覆蓋了內(nèi)燃機(jī)實(shí)際排氣噪聲的中低頻范圍，可以滿足試驗(yàn)要求。

圖3　試驗(yàn)臺(tái)測(cè)點(diǎn)處噪聲頻譜

2.2隔聲罩隔聲效果分析

為了評(píng)價(jià)隔聲罩的隔聲效果，以風(fēng)機(jī)隔聲罩為對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，由于涉及到風(fēng)機(jī)吸氣問(wèn)題，風(fēng)機(jī)隔聲罩設(shè)計(jì)為局部敞開(kāi)式隔聲罩，一般能使整機(jī)噪聲降低3 dB～5 dB［11］，在只打開(kāi)氣流發(fā)生裝置的條件下，按照9點(diǎn)測(cè)試法［14］對(duì)其在主管道出口風(fēng)速分別為10 m/s、15 m/s、20 m/s、25 m/s和30 m/s時(shí)進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)9個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)求平均聲壓級(jí)，計(jì)算公式為

LPi——第i個(gè)測(cè)點(diǎn)處的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，單位為dB（A）；

N——測(cè)點(diǎn)總數(shù)；

K——測(cè)試表面的平均環(huán)境修正值，單位為dB（A）。

表1為風(fēng)機(jī)隔聲罩的效果對(duì)比圖。對(duì)比得知，風(fēng)速在20 m/s時(shí)，隔聲效果最明顯，裝隔聲罩與不裝隔聲罩聲壓級(jí)差值為5.9 dB（A），風(fēng)速為30 m/s時(shí)，隔聲量有所下降，聲壓級(jí)差值為3.0 dB（A）?？傮w來(lái)說(shuō)，隔聲效果是較為明顯的。

表1　風(fēng)機(jī)隔聲罩隔聲效果對(duì)比

2.3試驗(yàn)臺(tái)背景噪聲分析

背景噪聲指測(cè)試中除了排氣噪聲外的其它噪聲。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在氣流源和噪聲源同時(shí)開(kāi)的測(cè)試條件下，由氣流源產(chǎn)生的噪聲即可看作是背景噪聲，包括風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲和氣流沖擊管壁產(chǎn)生的噪聲。為了具體分析測(cè)試時(shí)背景噪聲的影響，在與排氣管道軸線夾角為45°方向，距離管道出口1 m的測(cè)點(diǎn)處，測(cè)試了10 m/s、15 m/s、20 m/s、25 m/s和30 m/s五種速度下的只開(kāi)氣流源和氣流源、噪聲源同時(shí)開(kāi)兩種工況下的A聲級(jí)。結(jié)果如表2所示。速度為30 m/s時(shí)的背景噪聲最大，測(cè)試噪聲和背景噪聲差值最小，為27.6 dB（A），遠(yuǎn)大于10 dB，因此在上述五種速度下，測(cè)試結(jié)果不需要進(jìn)行背景噪聲修正。

2.4試驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)特性的分析

考慮到風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和噪聲的激勵(lì)可能會(huì)激發(fā)試驗(yàn)臺(tái)共振以及試驗(yàn)臺(tái)上儀器設(shè)備在振動(dòng)環(huán)境下會(huì)受到影響，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)情況進(jìn)行測(cè)試。分析時(shí)選取試驗(yàn)臺(tái)上振動(dòng)最為明顯的兩點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。測(cè)點(diǎn)1為風(fēng)機(jī)隔聲罩上平面的中心，測(cè)點(diǎn)2為音箱隔聲罩上平面的中心。

試驗(yàn)設(shè)備選用型號(hào)為3263M9的IEPE壓電式加速度傳感器和型號(hào)為MI-7016的AVANT數(shù)據(jù)采集分析儀。為了觀察風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和噪聲的激勵(lì)是否會(huì)激發(fā)試驗(yàn)臺(tái)共振，首先在只開(kāi)啟氣流發(fā)生裝置的情況下，通過(guò)變頻器將風(fēng)機(jī)頻率從0 Hz逐漸變到50 Hz的過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)頻率為50 Hz時(shí)試驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)最大；同樣在只開(kāi)噪聲發(fā)生裝置的情況下，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器使噪聲從0 dB到107 dB過(guò)程中進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)噪聲最大時(shí)試驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)最明顯。為了進(jìn)一步研究二者對(duì)試驗(yàn)臺(tái)產(chǎn)生的振動(dòng)以及二者耦合作用對(duì)試驗(yàn)臺(tái)產(chǎn)生的振動(dòng)，設(shè)計(jì)了三種工況對(duì)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)處的振動(dòng)情況進(jìn)行測(cè)試。工況1為試驗(yàn)臺(tái)只有氣流發(fā)生裝置運(yùn)行，且使得排氣管口氣流速度為30 m/s；工況2為試驗(yàn)臺(tái)只有噪聲發(fā)生裝置運(yùn)行，且噪聲聲壓級(jí)調(diào)至最大；工況3為將工況1和工況2同時(shí)實(shí)現(xiàn)。測(cè)試結(jié)果與分析如下。

表2　背景噪聲對(duì)比

圖5為不同工況兩測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)曲線，圖5（a）和圖5（b）分別為工況1測(cè)點(diǎn)1、2的振動(dòng)曲線，兩圖中有一個(gè)明顯的共同特征，即在31 Hz處出現(xiàn)一個(gè)波峰，圖5（a）中z軸方向振動(dòng)最大，峰值為0.083 g，圖5（b）中y軸方向振動(dòng)最大，峰值為0.034 g，但振動(dòng)均不明顯，根據(jù)公式（2）可計(jì)算出風(fēng)機(jī)的振動(dòng)頻率

式中 fi——i次諧波頻率/Hz，

i=1時(shí)為基頻；

n——轉(zhuǎn)速/r·min-1。

在排氣管口氣流速度為30 m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 820 r/min，經(jīng)公式（2）計(jì)算可得 f1=30.3 Hz，試驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)的實(shí)測(cè)頻率與風(fēng)機(jī)的理論基頻非常接近，因此，此振動(dòng)是由風(fēng)機(jī)的周期振動(dòng)所引起；圖5（c）、圖5（d）分別為工況2，測(cè)點(diǎn)1、2的振動(dòng)曲線，明顯可以看出兩圖中z軸方向的振動(dòng)最強(qiáng)，相比z軸方向，x軸方向和y軸方向的振動(dòng)均可忽略，圖5（c）峰值出現(xiàn)在40 Hz和65 Hz處，最大為0.095 g，圖5（d）峰值出現(xiàn)在88 Hz處，測(cè)點(diǎn)2的振動(dòng)強(qiáng)于測(cè)點(diǎn)1且峰值為0.43 g，此振動(dòng)是由音箱隔聲罩內(nèi)聲波所引起；圖5（e）、圖5（f）分別為工況3下測(cè)點(diǎn)1、2的振動(dòng)曲線，同樣兩圖中z軸方向的振動(dòng)最強(qiáng)，峰值特點(diǎn)別與工況2相似，且測(cè)點(diǎn)2的振動(dòng)強(qiáng)于測(cè)點(diǎn)1，峰值達(dá)0.44 g?？v向?qū)Ρ瓤芍?，工況2和工況3的振動(dòng)情況基本一樣，這說(shuō)明噪聲產(chǎn)生的振動(dòng)遠(yuǎn)大于風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)（基本可以掩蓋）。

圖5　不同工況兩測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)曲線

振動(dòng)測(cè)試結(jié)果表明：此試驗(yàn)臺(tái)z軸方向的振動(dòng)明顯，相比之下x、y軸方向振動(dòng)均可忽略不計(jì)，在測(cè)點(diǎn)2處的振動(dòng)強(qiáng)于測(cè)點(diǎn)1，且在工況3下振動(dòng)最強(qiáng)，88 Hz頻率處峰值為0.44 g，因此，測(cè)試時(shí)對(duì)88 Hz處的噪聲可能會(huì)有一定的影響，但是整個(gè)頻率范圍內(nèi)其它頻段振動(dòng)均不明顯，沒(méi)有造成試驗(yàn)臺(tái)共振，在加速度的允許范圍之內(nèi)，也不會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成顯著的影響。

3　試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1氣流發(fā)生裝置的驗(yàn)證

以課題組提出的分流氣體對(duì)沖消聲單元為試驗(yàn)對(duì)象［15-17］，該消聲單元的主要工作原理是將內(nèi)燃機(jī)排出的高速氣流分成方向相對(duì)的兩股氣流，在內(nèi)腔中心實(shí)施對(duì)沖，以降低氣流速度，進(jìn)而降低噪聲。現(xiàn)采用已非常成熟的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法（CFD）對(duì)試驗(yàn)臺(tái)只開(kāi)氣流發(fā)生裝置時(shí)消聲單元?dú)饬魉俣冗M(jìn)行計(jì)算，然后與試驗(yàn)臺(tái)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。具體方法為計(jì)算消聲單元入口速度分別為10 m/s、15 m/s、20 m/ s、25 m/s和30 m/s時(shí)對(duì)應(yīng)的出口速度，與之對(duì)應(yīng)，在試驗(yàn)臺(tái)上（只開(kāi)氣流發(fā)生裝置）分別測(cè)試每一入口速度對(duì)應(yīng)的出口速度，然后對(duì)比結(jié)果。

Fluent軟件的參數(shù)設(shè)置如下，首先對(duì)內(nèi)部流體作如下假設(shè)：

（1）消聲單元內(nèi)部氣流為不可壓縮流體；

（2）不考慮熱量問(wèn)題；

（3）壁面為光滑無(wú)滑移壁面。湍流模型選擇為標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，求解算法選擇Simple，入口采用速度入口（Velocity-inlet），出口采用自由流出口（Outflow），具體入口邊界條件對(duì)照參數(shù)如表3所示。

表3　入口邊界條件參數(shù)表

圖6為試驗(yàn)臺(tái)實(shí)測(cè)結(jié)果與Fluent計(jì)算結(jié)果對(duì)比圖，圖中顯示實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果基本吻合，證明試驗(yàn)系統(tǒng)的氣流發(fā)生裝置能夠滿足實(shí)驗(yàn)測(cè)試需求。

圖6　消聲單元出口速度對(duì)比圖

3.2噪聲發(fā)生裝置的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證試驗(yàn)系統(tǒng)噪聲裝置的合理性，對(duì)一款柴油機(jī)原裝排氣消聲器進(jìn)行了試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試和柴油機(jī)實(shí)機(jī)測(cè)試。測(cè)試消聲器如圖7所示。

圖7　排氣消聲器照片

測(cè)試指標(biāo)為減噪量。測(cè)試方法為在消聲器的入口端和出口端分別安裝聲級(jí)計(jì)，消聲器減噪量為入口處聲壓級(jí)減去出口處聲壓級(jí)。試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試時(shí)，只開(kāi)啟噪聲發(fā)生裝置，測(cè)試場(chǎng)地為一空曠實(shí)驗(yàn)室，距離最近墻壁為4.2 m，地面為硬地面。柴油機(jī)實(shí)機(jī)測(cè)試時(shí)，選取了型號(hào)為CG25的單缸柴油機(jī)，其額定功率和額定轉(zhuǎn)速分別為15.7 kw和2 200 r/min，測(cè)試地為室外一處空曠場(chǎng)地，地面為水泥硬地面，周圍沒(méi)有反射物，測(cè)試了柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下排氣消聲器的減噪量。測(cè)試結(jié)果對(duì)比如圖8所示。

圖8　消聲器減噪量對(duì)比

圖8為消聲器減噪量的倍頻程圖，結(jié)果顯示：該消聲器的消聲頻段集中在125 Hz～500 Hz范圍內(nèi)，以降低低頻噪聲為主，正好符合單缸柴油機(jī)排氣噪聲的低頻特性，二者減噪量頻率特性基本一致，最大減噪量均出現(xiàn)在250 Hz附近，可以證明試驗(yàn)臺(tái)噪聲發(fā)生裝置的合理性；但不同頻率處的減噪量有一些差別，原因可能是減噪量的測(cè)試雖然不要求知道噪聲源信息，但它與噪聲管口輻射特性相關(guān)，試驗(yàn)臺(tái)噪聲管口與實(shí)際柴油機(jī)噪聲管口的輻射特性存在一定的差異，且測(cè)試時(shí)存在一定的誤差，最終導(dǎo)致消聲器減噪量在兩種測(cè)試情況下有所不同。

4　結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)模擬計(jì)算結(jié)合實(shí)測(cè)結(jié)果分析，證明所研制的內(nèi)燃機(jī)排氣消聲器試驗(yàn)系統(tǒng)能較好地完成排氣消聲器相關(guān)性能的試驗(yàn)測(cè)試。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，性能可靠。

（2）該系統(tǒng)的噪聲發(fā)生裝置、氣流發(fā)生裝置能夠?qū)崿F(xiàn)各自的功能，隔聲罩的隔聲效果明顯，整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)較小，符合試驗(yàn)需求，能夠?yàn)橄暺鞯脑O(shè)計(jì)提供一個(gè)初始測(cè)試平臺(tái)。

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Testing System of Exhaust Muffler for Internal Combustion Engines

SUHe，MA Yan-hua，WUPei，ZHANG Yong-an，XUEJing
（School of Mechanical and Electrical Engineering，Inner MongoliaAgricultural University，Hohhot 010018，China）

Muffler performance test usually needs to be conducted on engines or test bench，which is inconvenient and costly.Therefore，a test system of exhaust muffler for internal combustion engines has been developed.The working principle and components of the system are expounded，and the acoustic characteristics and the vibration characteristics of the system are analyzed.By taking a muffler unit of out-of-phase stream rushing as the example，the outlet velocities corresponding to five different inlet velocities are computed by CFD method in Fluent software.The computation results are compared with the test results.It shows that the noise source and air-flow source of the test system can meet the testing requirements；Sound insulation effect of the sound insulation cover of the test system is obvious；The z-axis vibration of the sound insulation cover of the sound box in the test system can reach the maximum when both the airflow source and the noise source are working simultaneously and the vibration peak value is 0.44 g，which will not cause the test bench resonance and has no obvious effect on the additive instruments.The computation results are in accordance with the measurement results.Therefore，the correctness and feasibility of the designed test system are proved.In addition，the test system is economic，simple and has a compact structure.

acoustics；testing system；performance analysis；exhaust muffler；internal combustion engine；CFD

TK413.4+7；TK417+.125；TK417+.127

ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1335.2016.05.039

1006-1355（2016）05-0187-05+195

2016-07-04

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（11164021；11464036）

蘇赫（1989-），男，內(nèi)蒙古察右中旗人，博士生，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)工程測(cè)試與控制。

武佩，男，博士生導(dǎo)師。E-mail:jdwupei@163.com