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关于GT-Power的传递损失计算分析规范.doc

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关于GT-Power的传递损失计算分析规范一 理论知识传递损失定义:声音经过消音元件后声音能量的衰减,即入射声功率级和透射声功率级的差值。传递损失用TL(Transmission Loss)表示:式中:——声功率传递损失; ——消声器入口和出口的升功率级; W1、W2——消声器入口处和出口处的声功率,W; p1、p2——消声器入口处和出口处的声压,Pa。传递损失特点:①没有包括声源和管道终结端的声学特性,只与自身的结构相关;②在评价单个消声元件的消声效果或初步评估系统的消声性能时,通常用传递损失;③传递损失是评价消声元件消声效果最简单的一种方法。二 计算模块说明使用GT-Power软件计算TL需要以下几个模块:(1) “EndFlowSpeaker”模块:从最小频率到最大频率的各个声波叠加,产生一个随机的白噪声,作为分析消声器的声源。可以通过对声源激发频率进行设置,以验证消声器结构对不同声波频率段的通过性。 Mean velocity:平均速度,也就是流体流动的情况,一般如果是声学测试都在静态进行,那么设为0或者很小数值即可。但是0m/s会导致计算难以收敛,因此设置为1m/s比较好。 Velocity amplitude:推荐为mean velocity的1/5。 Temperature:定义流体温度,可参照实际测量试验环境设置。 Composition:定义流体的组成,可参照实际测量试验环境设置。 Maximum frequency:定义生成白噪声源的最大频率。对GT-Power而言,1000-1200Hz以内的计算结果比较准确。最大为3150Hz,可根据计算需要选择合适的数值。 Driver object(gives base frequency):定义生成白噪声源的最小频率。Rational speed的单位改为Hz,在GT-Power中,默认所能计算的最大谐次为500,即maximum frequency/rational speed<=500。对于最大谐次,可通过output setup中other output栏的maximum number of harmonics stored进行修改。(2) “pipe”模块:设置管路。 Diameter:管路内径,其值同与其连接的消声器管路内径相同。 Length:管路长度,设为100mm。(3) “Sensor”模块:定义麦克风相对于管路的放置位置,进口处为0,出口处为1。(4) “AcoustTransloss”模块:通过4个外置麦克风之间的自相关谱和互相关谱得到声功率级之差,计算传递损失。具体来讲,根据Chung,J.Y.和D.A. Blaser在1980年9月发表的“Transfer Function Method of Measuring In-Duct Acoustic Properties, Part 1 Throry”所介绍的方法,通过把每一个测量点的压力波动信号分解成向前的入射波河向后的入射波两部分,根据声波传播的波动方程,分别在系统的两个位置:一个在消声元件的上游,一个在消声元件的下游都进行这种分解,这样就可以求解出上游的入射声压和下游的投射声压,在根据自相关和互相关谱得到声功率级之差。上游和下游的两组麦克风必须距离很近,大约距离1~2离散长度,并且麦克风必须与消声元件的进口和出口很近,这样讲摩擦和热传递度传递损失的影响降到最低。其原理如下图所示。图 传递损失模拟计算原理图 Maximum frequency:传递损失分析的最大频率,要求不大于在“EndFlowSpeaker”模块中的maiximum frequency项设置。 High frequency filter:推荐选择24,更多知识可参考Acoustic.pdf中1.3的介绍。 Base frequency driver:与在“EndFlowSpeaker”模块中的Driver object项一致。 Distance between upstream microphone:上游两个麦克风的距离,设为50mm。管子长尾100mm,麦克风分别放置在管子的1/4和3/4处,因此,麦克风距离为100*(3/4-1/4)=50mm。 Distance between downstream microphone:上游两个麦克风的距离,设为50mm。(5) “EndFlowAnechoic”模块:使用GT-Power默认。三 举例下面将举例说明使用GT-Power软件计算消声器传递损失的过程。1. 消声器离散在GEM3D中打开消声器模型,并离散。对消声器模型截图保存。消声器模型截图大小为800600,格式采用JPEG(*.jpg;*.jpeg)。截图时消声器的摆放位置,采用等测视图,要求尽可能反应清楚所有结构的位置及端面形状。左端为消声器进口,右端为消声器出口。2. 生成Subassembly文件在GT-ISE中打开上步生成的离散文件。按Crtl+A键,全选。将鼠标放到其中任何一个元件上,当鼠标变成手形后,点击右键,出现下拉菜单,点选Creat Subassembly,则所有元件被创建为一个大的组件,右键单击此模块,在弹出的下拉菜单处选择Rename Part,填入名字。 按Delete,删除进出口端的装配连接模块(SubAssExternalConn)。拖曳Genaral数据库中的模块“SubAssembly”下“SubAssInternalConn”到模型管理区域。 在模型管理区域中找到上述拖曳过来的“SubAssInternalConn”,将“def”拖曳到模型区域中,放置在删除了的“mufPrif13”处,并创建连接。对消声器出口处,采用同样的操作。3. 创建管件实体拖曳Flow数据库中的模块 “EndFlowSpeaker”和模块“EndFlowAnechoic”下实体“def”到模型中。拖拽Acoustics数据库下的 模块“AcoustTransLoss”,拖拽Control数据库下的模块“SensorConn”的实体“def”到模型管理区域中。双击“pipe”, 输入如下参数。本例中假设壁面与外部环境无热传递,在常温下计算传递损失。双击MuffInit,选择FluidInitialState,定义流体的温度、压力及组成分别为294K、1bar和air(空气,O2占23.3%,N2占76.7%)。 注意:管件的进出口内径,其值同消声器进出口端管路内径相同。本例中,消声器进出口端直管的内径为45mm,因此此处管件的进出口内径设为45mm。4. 创建白噪声源双击“EndFlowSpeaker”,输入如下参数。一般,为获得较好的收敛性,Velocity Amplitude为Mean Velocity的1/5比较合适。双击base_freq,选择driver,设置Rational Speed单位为Hz,其值为2。这样,运行模型时,将记录2Hz、4Hz、6Hz…1000Hz的传递损失结果。若需Maximum Frequency设置为3000,Rational Speed可设置为10Hz。注意:Maximum Frequency/Rational Speed≤500。5. 创建传递损失计算模型。双击“AcoustTransLoss”,输入如下参数。注意:此处的Maximum Fraquency不能高于白噪声源中的频率。6. 创建麦克风模型。双击“SensorConn”,定义两个麦克风实体,输入参数如下图所示。Normalized Sensor Location for Pipe# Parts定义在管子长度方向上传感器的位置,管子入口定义为0,出口定义为1。因此,在“AcoustTransLoss”中,Distance between Upstream/Downstream Mircophone设为50mm,Distance=管路长度length*(0.75-0.25)7. 模型的搭建在模型管理器中将每个元件都定义好后,把这些元件按一定的位置进行放置,并建立连接。将管路模型与消声器模型相连接时,需注意消声器进、出口管的选取。此处为上游管路与消声器相连,所以选择消声器进口管“mufHs02_1”。注意:1)所有“sensor”接到“pipe”时,弹出窗口都选择“Pressure(bar)”;2)输入中的“pres_sens1-01”连接到“Transloss-1”时,选择“Upstream Source1”,同样“pres_sens2-01”连接到“Transloss-1”时,选择“Upstream Source2”;3)输出中的“pres_sens1-02”连接到“Transloss-1”时,选择“Downstream Source1”,同样“pres_sens2-02”连接到“Transloss-1”时,选择“Downstream Source2”。 8. 设置输出双击“TransLoss”,按照下图所示进行输出数据的设定。9. 设置Run Setup。10. 运行模型,在GT-Post中查看结果 (1) 修改线型:a) 鼠标右键选择“TL”选择“Properties”,或快捷键F3,打开“Properties”对话框。 b) 修改曲线的线型为实线,颜色为红色,线条粗细选择2号线。注:GT默认线型为实线,颜色为红色,线条粗细为1号线。(2) 修改横、纵坐标:a) 鼠标右键选择“Transmission Loss Non Lin”,选择“Properties”。b) Label设置:修改Label,***代表消声器的编号。c) X轴设置:若计算1000Hz以内的传递损失,则X轴间距为100Hz;若计算3000Hz以内的传递损失,则X轴间距为300Hz。d) Y轴设置:最大值100dB,间距为10dB。其他选项保持默认。进行上述设置后,再次查看TL结果。(3) 曲线输出:a) 图片输出在曲线显示区域的左下角右键选择“Transmission Loss Non Lin”,选择“Save as”,将TL曲线另存为图片格式,图片大小800600,格式选择TIF(*.tif:*.tiff)。b) 数据输出鼠标右键选择“TL”,选择“View Data”,查看数据,X轴为频率(Hz),Y轴为TL(dB)。选择X、Y轴数据,Ctrl+C复制,打开Excel粘贴。注:Excel为2003版本。 11. 文件命名原则GEM3D截图:***-Muff.jpgTL计算gtm文件:***-TL-1000(3000).gtmTL计算结果图片:***-TL-1000(3000).tifTL计算数据保存:***-Data-1000(3000).excel***表示消声器编号,1000(3000)表示TL的计算频段是1000Hz或者3000Hz。至此,TL的计算完成。
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