Численное моделирование выпускной трубы двигателя с системой активного шумоподавления
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2021.14.4.32Ключевые слова:
течение сжимаемого газа, численное моделирование, метод скользящих сеток, активное шумоподавлениеАннотация
Изучается выпускная труба двигателя внутреннего сгорания с системой активного шумоподавления. Предложено поместить в выпускную трубу двигателя дополнительный контролируемый источник звука, противоположного по фазе звуковым волнам, идущим от двигателя. В качестве такого источника рассмотрена круглая пластинка, совершающая вращательные колебания с заданной частотой и амплитудой. Для описания состояния газа использована модель идеального газа. Численное исследование движения сжимаемого газа проведено c помощью Realizable k-ε модели турбулентности. Моделирование источника добавочного звука, создаваемого заслонкой, осуществлено прямым методом, основанным на учете изменения положения заслонки на каждом шаге по времени. Движение заслонки реализуется путем применения скользящей сетки, для этого вокруг заслонки создается сферический сегмент сетки, который вращается в ходе расчетов. Изучено влияние размеров заслонки и параметров входящей звуковой волны на работу системы активного шумоподавления двигателя внутреннего сгорания. Получены зависимости амплитуды колебаний статического и полного давлений на выходе из системы шумоподавления от амплитуды и радиуса колеблющейся заслонки. Проведены вычислительные эксперименты при различных значениях радиуса выхлопной трубы, а также исследована роль расширительной камеры, находящейся перед заслонкой. Расчеты показали, что предложенная система активного шумоподавления способна уменьшить уровень шума двигателя на 10 дБ, при этом с увеличением радиуса заслонки эффективность системы повышается. Однако в то же время растет и уровень аэродинамического сопротивления, которое система шумоподавления оказывает потоку газа, что может стать причиной снижения мощности двигателя.
Скачивания
Библиографические ссылки
Hirscberg A. Introduction to aeroacoustics and self-sustained oscillations of internal flows // Noise sources in turbulent shear flows: Fundamentals and applications / Ed. R. Camussi. Springer, 2013. P. 3-72. https://doi.org/10.1007/978-3-7091-1458-2_1
Goldstein M.E. McGraw-Hill, 1976. 293 p.
Morfey C.L. Acoustic energy in non-uniform flow // J. Sound Vib. 1971. Vol. 14. P. 159-170. https://doi.org/10.1016/0022-460X(71)90381-6
Иванов Н.И., Никифоров А.С. Основы виброакустики. СПб.: Политехника, 2000. 482 с.
Vasiliev A.V. Membrane-spring damper of low-frequency gas dynamic pulsation // Proc. of the 4th International EAA/EEAA Symposium "Transport noise and vibration". Tallinn, Estonia, June 8-10, 1998. P. 43-46.
Gerges S.N.Y., Jordan R., Thieme F.A., Bento Coelho J.L., Arenas J.P. Muffler modeling by transfer matrix method and experimental verification // J. Braz. Soc. Mech. Sci. & Eng. 2005. Vol. 27. P. 132-140. https://doi.org/10.1590/S1678-58782005000200005
Wu C., Chen L., Ni J., Xu J. Modeling and experimental verification of a new muffler based on the theory of quarter-wavelength tube and the Helmholtz muffler // SpringerPlus. 2016. Vol. 5. 1366. https://doi.org/10.1186/s40064-016-3060-1
Lueg P. US Patent No. 2,043,416, 9 June 1936.
Vasiliev A.V. Compact active noise control units for automobile intake low-frequency noise attenuation // Proc. of the 1997 International Symposium on Active Control of Sound and Vibration. ACTIVE 97, Budapest, Hungary, August 21-23, 1997. P. 587-593.
Elliott S. Active control of noise and vibration — State of the art and future prospects // Proc. of Nordic Acoustical Meeting. NAM'94, Aarhus, Denmark, June 6-8, 1994. P. 13-24
Uchida H., Nakao N., Butsuen T. High Performance active noise control system for engine noise in a car cabin. SAE Paper No. 940608, SAE International, Warrendale, PA, 1994
McDonald A.M., Elliott S.J., Stokers M.A. Active noise and vibration control within the automobile // Proc. of the Int. Symposium on Active Control of Sound and Vibration. Tokyo, Japan, April 9-11, 1991. P. 147-157.
Elliott S.J., Stothers I.M., Nelson P.A., McDonald A.M. Quinn D.C., Saunders T. The active control of engine noise inside cars // Proc. of the Int. Congress on Noise Control Engineering. InterNoise'88, Avignon, France, 30 August-1 September, 1988. P. 987-990.
Shih T.-H., Liou W.W., Shabbir A., Yang Z., Zhu J. A new k-ϵ eddy viscosity model for high Reynolds number turbulent flows // Comput. Fluid. 1995. Vol. 24. P. 227-238. https://doi.org/10.1016/0045-7930(94)00032-T
Kim S.-E., Choudhury D., Patel B. Computations of complex turbulent flows using the commercial code fluent // Modeling complex turbulent flows / Ed. M.D. Salas, J.N. Hefner, L. Sakell. Springer, 1999. P. 259-276. https://doi.org/10.1007/978-94-011-4724-8_15
Toraño J., Torno S., Menéndez M., Gent Auxiliary ventilation in mining roadways driven with roadheaders: Validated CFD modelling of dust behavior // Tunn. Undergr. Sp. Technol. 2011. Vol. 26. P. 201-210. https://doi.org/10.1016/j.tust.2010.07.005
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2021 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
