汽车排气和气流噪声分析及控制的验证试验

本小节对上一节中两种计算方式的源特性结果进行验证。验证方法为选取一个带内插管的膨胀腔进行发动机台架试验，测量得到尾管辐射噪声的声压级。然后对带内插管的膨胀腔进行三维声流耦合仿真，将获得的源特性结果施加到仿真模型的入口边界上，再计算尾管远场辐射声压级。最后将试验结果与仿真结果进行对比即可验证两种计算方式得到的发动机声源特性结果的准确性。

按照3.3.3小节中介绍的三维声流耦合仿真分析方法，对内插管膨胀腔的尾管辐射噪声进行计算。内插管膨胀腔的几何尺寸以及试验测试中的实物照片如图3.27所示。

图3.27　内插管膨胀腔的几何尺寸及实物

按照 3.3.3小节中介绍的流场计算方法对内插管膨胀腔内部流场进行计算，结果如图3.28所示。

图3.28　内插管膨胀腔内部流场仿真结果

若将源特性结果施加到声场仿真模型的入口边界上，先要将声源阻抗换算成声源导纳，将声源声压换算成加速度激励。换算方法见式（3.25）和式（3.26）。式中YE是入口边界处的声源导纳，aE是入口处的加速度激励。

内插管膨胀腔最终的声场仿真模型如图3.29所示。

图3.29　声源特性参数验证的仿真模型(www.xing528.com)

将仿真模型中的远场响应点的辐射声压值提取出来，并与试验测试结果进行对比，如图3.30所示。

图3.30　内插管膨胀腔辐射噪声仿真结果与试验对比

从图3.30中可以看出，传统四负载法的仿真结果与试验结果偏差较大。如在 20～60 Hz、160～230 Hz以及 800 Hz左右，仿真得出的声压级都高出了试验值，尤其在发动机的阶次噪声上，与试验值差距较大。另外，在400～700 Hz频段，传统四负载法的远场辐射噪声结果出现了较大的波动，与试验测试值产生偏差。为了更加精确地分析两种方法获得的发动机源特性参数的精度，将主要排气阶次成分上的远场辐射噪声幅值提取出来，与试验测试结果进行对比并计算相对误差。传统四负载法与本章提出的误差控制法在主要阶次成分上的相对误差如图3.31所示。

图3.31　主要阶次成分处的辐射声压相对误差对比

图3.31显示了传统四负载法与本章提出的误差控制法在主要阶次成分上远场辐射声压级的相对误差。从图中可以看出，本章提出的误差控制方法的相对误差在大多数阶次上远低于传统四负载法，尤其在2阶至8阶的阶次成分处，而这几个阶次恰恰是发动机排气系统重点关注的阶次成分。

由以上分析可知，采用本章中提出的三种误差控制方法得出的辐射噪声结果与试验结果吻合良好。图3.30和图3.31充分验证了综合运用本章中提出的三种误差控制方法，可以有效地减小源特性识别误差，获取较为准确的发动机声源特性参数。