穿孔率是指在穿孔面积内,穿孔孔眼的总面积占整个穿孔面积的百分数。变径管消声器的穿孔率,直接影响着气流和声波传播通道的大小。当穿孔率很小时,横流穿孔管内的声波要经过多次反射和干涉才能通过穿孔传出,传出的声能衰减很大。从图4 中可以发现消声量随穿孔率的降低迅速提高,消声频带未发生变化。当穿孔率增大到一定程度时,横流穿孔结构的阻抗变的很小,声波能顺利传入膨胀腔,然后较容易的进入出口管,使得消声性能下降。可以发现,穿孔率为10%时的消声性能与同样尺寸变径管消声器的消声性能已经较为相似,如果穿孔率继续增大,则横流穿孔结构无消声意义。
阻力损失也称压力损失,就是变径管消声器内存在平稳气流时,消声器进口端与出口端平均全压的降低量[1]。阻力损失一般分为摩擦阻力损失和局部阻力损失,对于横流穿孔管消声器来说,以局部阻力损失为主。局部阻力损失与流体速度和局部结构有关。横流穿孔管消声器中心平面处的压力云图,可以发现消声器进、出口压力差很大。
变径管消声器的进口流量等于出口流量, 满足质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律[4]。在横流穿孔管消声器中,穿孔周围会产生较大的漩涡和湍流现象,所以认为消声器内的气体流动为湍流流动。根据排气消声器的工作条件和阻力损失的定义,在数值仿真中选取进口为速度入口,出口为压力出口,并假设消声器壁面光滑无摩擦,气体参数为常数,忽略气体重力的影响。本节应用有限体积法,采用湍流计算的模型进行阻力特性分析。