Прямоточные резонаторы: Ошибка 404. Страница не найдена — Объявления на сайте Авито

Прямоточные глушители. Тестирование

Спортивный прямоточный глушитель — неизменный атрибут тюнинга, одинаково часто встречающийся и на серьезно заряженных машинах, и на экземплярах с цветными брызговиками и светящимися форсунками омывателя. А какой эффект дает прямоточный глушитель на самом деле? Чтобы выяснить это, мы провели инструментальные испытания нескольких популярных спортивных, прямоточных глушителей.

Прямоточная выхлопная система.

Сначала немного теории. Для чего предназначена и как работает система выпуска? Вопрос этот кажется элементарным только на первый взгляд. Начнем с того, что система выпуска отработанных газов выполняет несколько задач одновременно. Первая и самая простая — отвод выхлопных газов за пределы кузова автомобиля. Вторая задача выпуска — обеспечение наилучшего наполнения цилиндров топливовоздушной смесью.

В современных моторах фазы впуска и выпуска заметно перекрываются и в момент, когда открыты оба клапана, важно создать за выпускным клапаном разрежение, благодаря которому отработанные газы будут активнее покидать цилиндр, освобождая место для свежей порции смеси.

Чтобы этого добиться, используют инерцию и неравномерность истечения выхлопных газов из двигателя. Дело в том, что после закрытия выпускного клапана, в коллекторе образуется зона пониженого давления, двигающаяся по трубе со скоростью звука.

Если создать на пути этой волны препятствие, она отразится и, при правильном расчете соотношения между оборотами двигателя и расстоянием до этого препятствия, окажется у выпускного клапана в момент, когда он будет снова открыт. Для автомобильного двигателя это расстояние оказывается очень большим, поэтому фронт разрежения от одного цилиндра возвращают к двигателю в момент открытия клапана другого. Этот процесс организуется с помощью настроенного выпускного коллектора (так называемый «паук») с трубами равной длины, а препятствием для волны служит соединение этих труб в одну.

Наконец, третьей задачей выпускной системы является собственно глушение шума. Ни простая труба, ни настроенный выпускной коллектор справиться с ней не в состоянии — требуется глушитель.

Правда, на гоночных автомобилях встречаются системы, по сути, без глушителей, но, как правило, только на турбированных моторах, где турбина, «перемалывая» поток выхлопных газов, сама снижает его энергию и сглаживает колебания. Итак, чтобы снизить шум, требуется глушитель.

Они бывают нескольких типов. Первый тип глушителя — резонатор, состоящий обычно из перфорированной трубы и окружающей ее камеры. За счет резонанса, возникающего в камере, такой глушитель эффективно гасит звук определенной частоты. Как правило, современные резонаторы имеют несколько камер различного размера и при скромных габаритных размерах неплохо гасят низкочастотные шумы.

Стандартный оконечный глушитель обычно представляет собой лабиринт из перегородок, при отражении от которых часть энергии газа переходит в тепло, а звук затихает. Кроме того, за счет установки внутри глушителя перфорированных труб, в нем также как в резона­торе применяется эффект подавления звука определенных частот.

Спортивный глушитель во многом похож по конструкции на резонатор. Отличие лишь в том, что между корпусом и трубой с отверстиями у него проложен звукопоглощающий материал. Как правило, это базальтовая вата, состоящая из длинных минеральных волокон. Чтобы волокна не выдувались потоком газа наружу, между трубой и ватой размещают заградительный барьер из очень мелкой сетки или специальной проволоки. И все равно, ресурс прямоточного глушителя определяется не коррозией металлического корпуса, а сроком удержания волокон, по истечении которого глушитель начинает звенеть, как пустое ведро.

Откуда рёв прямоточного глушителя?

В штатной системе выпуска низкочастотную составляющую шума, как уже было написано, в основном глушит резонатор, но и на долю глушителя, главная задача которого — пригасить высокочастотный сигнал, «низов» тоже хватает. А в спортивном глушителе набивка из минеральной ваты способна эффективно глушить только высокочастотные составляющие звука, поэтому низкочастотный шум попросту «пролетает» по прямоточному глушителю практически без помех. Именно из-за этого его голос получается низким. Недаром говорят, что глушитель «басит», «бубнит» или «рычит». Особенно явно это чувствуется в салоне, куда высокочастотные составляющие проникают хуже низкочастотных.

И все бы ничего, если бы не одно но…

У салона, как замкнутого объема, да и у панелей кузова неизбежно имеются собственные резонансные частоты. Звук глушителя имеет в своем спектре ярко выраженные максимумы, их еще называют гармониками, частота которых кратна оборотам двигателя. Как только частота гармоники становится близкой к собственной резонансной частоте кузова, шум резко усиливается, а в его спектральной характеристике появляется ярко выраженный максимум. Как оказалось, у ВАЗ-2112 в «проблемной» для прямоточного глушителя области оказались две мощные гармоники, из-за которых шум в салоне резко увеличивается в районе 2500—2800 об/мин и 4200—4500 об/мин. Если провести на этих режимах спектральный анализ, легко увидеть в диапазоне 60—400 Гц пару пиковых частот, которые оказываются кратны этим оборотам.
Очевидно, при разработке стандартного глушителя на «десятку» инженеры ВАЗа смогли максимально «задавить» эти гармоники за счет отражений звуковых волн внутри глушителя, а тюнинговые прямоточные глушители пропускают их без особых помех.

Звучание прямоточного глушителя задается его размерами, количеством и материалом набивки, а также диаметром и числом отверстий в трубе. Но как не настраивай прямоточный глушитель, общая тенденция остается. Вата хорошо поглощает высокие частоты, а с низкими справляется плохо. Зато прямоточный глушитель оказывает наименьшее сопротивление выхлопным газам.

Среди владельцев ВАЗовских машин распространено мнение, что стандартная система выпуска сильно «душит» мотор. Особенно 16-клапанный, ведь выпускная система на нем такая же, как и на менее мощном «восьмиклапаннике». Поэтому, установка спортивного глушителя с заметно меньшим сопротивлением выходу отработанных газов — сильный козырь в светофорных гонках. Есть и прямо противоположное мнение: на стандартном моторе прямоточный глушитель прибавки мощности не дает.

Единственная его задача — пустить пыль в глаза, а точнее — рев в уши. Прямоточный глушитель — самый простой способ заставить поверить окружающих, что у машины мощный мотор и соответствующая динамика. К сожалению владельца машины, чтобы развеять эту иллюзию, часто хватает одного параллельного старта…

Последнее мнение разделяют профессионалы: в любой серьезной тюнинговой фирме вам предложат программу доработок двигателя, в которой установка прямоточного глушителя будет стоять далеко не на первом месте. Другое дело — серьезно «заряженный» мотор. Если двигатель имеет увеличенный рабочий объем или форсирован по оборотам, стандартная система выпуска уже может не справляться с более мощным потоком газов, создавая ему слишком высокое сопротивление при высоких оборотах двигателя. Но и в этом случае один прямоточный глушитель не способен решить проблему — необходима замена всей системы выпуска на спортивную, чтобы дыхание мотора ничто не стесняло. Для этого устанавливают другой выпускной коллектор, прозванный в народе за свой внешний вид «пауком», применяют трубы большего диаметра, убирают катализатор (или меняют на его спортивную версию).

И все же, очень часто приходится видеть спортивные, прямоточные глушители на совершенно стандартных машинах. Дают ли они хоть что-то кроме громкого звука? И, кстати, насколько громок звук спортивного, прямоточного глушителя?

Тесты прямоточных глушителей.

Чтобы разобраться во всем этом, мы отправились на Дмитровский автополигон, в лабораторию виброакустики. Там, в специальной безэховой камере, можно не только определить уровень и спектр производимого глушителем шума, но и с помощью мощностного стенда «Schenck» (Германия) измерить крутящий момент на заданных оборотах двигателя, а следовательно рассчитать развиваемую автомобилем мощность. В качестве базы мы взяли совершенно стандартный ВАЗ-2112 с 16-клапанным мотором и решили испытать на нем четыре наиболее распространенных на московском рынке спортивных, прямоточных глушителя. Это продукция известных итальянских марок «PowerFul» и «ASSO», российский прямоточный глушитель «SVR» и, конечно, немецкий «Remus». Кроме того, чтобы понять, какое влияние оказывает на работу мотора остальная часть выпускной системы, мы включили в программу испытаний две полные системы.

Это система «SVR» с диаметром трубы, увеличенным до 54мм против стандартных 45мм, а также итальянский комплект «Supersprint», диаметр труб у которого еще больше — 60мм. Мощность измерялась на трех режимах работы: 1500 об/мин (на этих оборотах обычно происходит трогание с места), 3700 об/мин (обороты максимального крутящего момента по паспортным данным) и 5400 об/мин (90% от максимальных оборотов двигателя, далее – отсечка).

Одновременно с помощью профессионального измерителя-анализатора шума «Larson Davis 2900B» фиксировался уровень и спектр производимого автомобилем шума. По правилам ЕЭК-ООН №51 внешний шум измерялся при работе автомобиля на третьей передаче в диапазоне оборотов двигателя 1500—5400 об/мин. Верхняя планка оборотов по этим правилам определяется как 90 процентов от оборотов максимальной мощности, а передача выбирается из расчета развиваемой автомобилем на дороге скорости. Впрочем, наши измерения нельзя считать сертификационными, поскольку эти правила предполагают замеры шума на дороге с определенным покрытием.

Однако для сравнения разных прямоточных глушителей такая методика вполне пригодна. Замеры производились в двух точках позади автомобиля. Первый: микрофон устанавливался под углом 60 градусов к продольной оси автомобиля на расстоянии 25см от среза выхлоп­ной трубы. Второй: микрофон фиксировал шум точно по оси машины на расстоянии четырех метров позади нее и на высоте 1,2м. Условно говоря, первый микрофон измеряет шум самого прямоточного глушителя (так называемый замер в ближнем поле), а второй — шум всего автомобиля в целом (замер в дальнем поле). Внутренний шум измерялся на тех же режимах работы двигателя тоже в двух точках — в районе головы водителя и в области голов задних пассажиров. Естественно, все измерения проводились с закрытыми дверями и окнами.

Прямоточный глушитель «PowerFul».

Диаметр входной трубы: 48мм
Диаметр оконечной насадки: 102мм
Максимальный уровень внутреннего шума: 81,8дБ
Максимальный уровень внешнего шума: 108,9дБ
Это, пожалуй, один из самых популярных глушителей на рынке. Секрет успеха, скорее всего, кроется в привлеки-тельной цене и эффектном внешнем виде прямоточного глушителя. Чего стоят одни буквы «PowerFul», «пробитые» в торце хромированного глушителя, выглядывающего из-под бампера. Неожиданностью стало то, что диаметр входной трубы оказался на три миллиметра больше, чем у стандартного глушителя. Испытания показали, что глушитель «Powerful» самый тихий из нашей шестерки. Из всех спортивных глушителей он наиболее близок к штатному глушителю по звуковому спектру, хотя снаружи «Powerful» все равно «ревёт» намного громче стандартного глушителя. А максимальный уровень внутреннего шума с ним оказался даже чуть ниже, чем со штатным глушителем! Похоже, что упор при создании этого прямоточного глушителя был сделан именно на приемлемый уровень звукового давления.

Прямоточный глушитель «ASSO».

Диаметр входной трубы: 42мм
Диаметр оконечной насадки: 102мм
Максимальный уровень внутреннего шума: 83,4дБ
Максимальный уровень внешнего шума: 111 дБ
Итальянская марка «ASSO» пока не так известна на отечественном рынке, как глушители «Powerful», хотя производственная линейка фирмы не менее разнообразна. Есть в ней и глушитель для ВАЗ-2112. Как и «PowerFul», прямоточный глушитель «ASSO» щеголяет оконечной насадкой большого диаметра, но сам глушитель более скромного размера, а его входная труба оказалась по диаметру даже меньше, чем у штатного. По характеристикам глушитель «ASSO» является полной противоположностью предыдущему образцу. Во-первых, прибавка от его установки, пусть и небольшая, есть во всем диапазоне оборотов, а не только «вверху». Во-вторых, «ASSO» — наиболее громкий из испытанных нами прямоточных глушителей. И, если по уровню внешнего шума с ним еще могут поспорить системы с трубами большого диаметра, то в салоне «ASSO» «перекрикивает» всех. При этом его спектр наиболее «горбатый», из-за чего звук глушителя кажется более «злым». Этим же, скорее всего, и объясняется высокий общий уровень шума.

Прямоточный глушитель «Remus».

Диаметр входной трубы: 45/54* мм
Диаметр оконечной насадки: 89мм
Максимальный уровень внутреннего шума: 84,0дБ
Максимальный уровень внешнего шума: 109,8дБ
* диаметр входной трубы/диаметр патрубка на входе в корпус
Прямоточные глушители фирмы «Remus» уже несколько лет продаются на российском рынке, однако «банки», адаптированной для «двенадцатой», среди них до сих пор нет. Можно взять прямоточный глушитель для «десятки», но тогда нужно будет укорачивать хромированную насадку. Второй вариант — универсальный прямоточный глушитель — по сути, корпус с оконечной насадкой и коротким входным патрубком. Чтобы установить его, нужно либо потратиться еще на трубу, либо использовать куски старого глушителя, а кроме того, необходимо придумать собственную схему крепления «банки». Мы выбрали последний вариант итоге потратив на установку прямоточного глушителя «Remus» полдня. Как оказалось, наши титанические усилия не окупились. Если на высоких оборотах прибавка мощности еще заметна, то на низких она близка к нулевой. В салоне прямоточный глушитель «Remus» «рычит» почти также громко, как глушитель «ASSO», при этом моторные гармоники выделяются из общего спектра еще сильнее, а высокочастотные составляющие немного приглушены. Последнее, по-видимому, и придает звуку глушителя породистость, из-за которой так ценится спортивный, этот глушитель.

Прямоточный глушитель «SVR».

Диаметр входной трубы: 43мм
Диаметр оконечной насадки: 54мм
Максимальный уровень внутреннего шума: 84,0дБ
Максимальный уровень внешнего шума: 110,2дБ
Спортивный глушитель, изготовленный московской фирмой «SVR Conversions», внешне малопривлекателен: маленький корпус из нержавеющей стали оканчивается обычной стальной трубой. Впрочем, изготовители готовы по желанию клиента приварить в конец трубы любую насадку: хоть фирменную, хоть дешевую турецкую. Но при этом «гадкий утенок» оказался самым эффективным среди оконечных, прямоточных глушителей! Глушитель «SVR» дает наибольшую прибавку мощности на всех режимах, при этом по уровню создаваемого звукового давления он сравним с наиболее тихим глушителем «PowerFul». Да и монтировать глушитель небольшого размера с маленькой выходной трубой проще, чем импортные аналоги. Единственным недостатком с точки зрения звука можно считать резкий пик звукового давления на месте водителя в диапазоне от 4100 до 4600 об/мин.

Прямоточная выхлопная система «SVR» в сборе.

Диаметр трубы: 52мм
Диаметр оконечной насадки: 54мм
Максимальный уровень внутреннего шума: 84,4дБ
Максимальный уровень внешнего шума: 115,9дБ
Полная система выпуска «SVR» с выпускным коллектором, выполненным по схеме 4-2-1, и трубами большего диаметра. После сборки выпуск стал «сечь» в шаровом соединении коллектора с резонатором. Пришлось ставить более мощные стягивающие пружины и использовать герметик. Кстати, «шар» расположен дальше, чем у стандартной системы, и его иное расположение по отношению к опорам силового агрегата, по признанию создателей, чаще приводит к обрыву резинок, на которых выпуск подвешивается к кузову. Кроме того, неудобно расположено отверстие под кислородный датчик и, чтобы подключить лямбда-зонд, пришлось расплести жгут проводки. Оконечный, прямоточный глушитель в этой системе симпатичнее предыдущего глушителя, благодаря корпусу и выходной трубе из полированной нержавейки. Испытания на стенде показали, что полная система «SVR» добавляет больше мощности, чем один прямоточный глушитель. Особенно это заметно на высоких оборотах, где прибавка достигла максимального в нашем тесте показателя — 6,4 процента. Однако «большая» труба производит и большой шум. Сростом оборотов полная система перекрывает по шуму все оконечные, прямоточные глушители. В частности, на максимальных оборотах система «SVR» оказывается на пять децибел громче глушителя той же фирмы. При этом внутренний шум сохраняется на уровне остальных спортивных, прямоточных глушителей. Это закономерно, ведь звук попросту «улетает» через большую трубу назад.

Прямоточная выхлопная система «Supersprint» в сборе.

Диаметр входной трубы: 60мм
Диаметр оконечной насадки: 95×80мм
Максимальный уровень внутреннего шума: 82,2дБ
Максимальный уровень внешнего шума: 115,8дБ
Комплект «Supersprint» существенно дороже, чем «SVR» не только из-за своего итальянского происхождения. Во-первых, этот комплект полностью сделан из нержавеющей стали, включая коллектор и все трубы. Во-вторых, диаметр основной трубы глушителя еще больше — 60мм. Эта система изначально создавалась в расчете на максимально заряженные моторы, в том числе большого объема. Даром, что образец от «Supersprint» устанавливается на «двенадцатую» за полчаса и без каких-либо проблем. В отличие от системы «SVR», итальянский «паук» сделан по схеме 4-1, трубы коллектора заметно короче. В теории такая схема должна дать прибавку мощности на более высоких, чем у «SVR», оборотах, уже за границей рабочего диапазона стандартного мотора. Измерения показали, что по мощности автомобиль с итальянской системой остался на уровне предыдущего варианта, разница лишь в нюансах. Так что 60 миллиметров стандартному мотору без надобности. При этом, если по внутреннему шуму паритет также сохраняется, то снаружи, за счет большего диаметра трубы, «Supersprint» no громкости оказывается явным лидером. У выхлопной системы «Supersprint» короткий «паук» настроен на очень высокие обороты мотора.

Результаты тестов спортивных глушителей.

Максимальный уровень шума, дБ*
B1 B2 h2 h3
стандартный 81,9 76,4 95,7 84,3
«PowerFul» 81,8 78,7 108,9 90,0
«ASSO» 83,4 82,6 111,0 91,8
«Remus» 84,0 81,3 109,8 90,8
«SVR» 84,0 80,3 110,2 90,6
«SVR» в сборе 84,4 80,8 115,9 94,0
«Supersprint» в сборе 82,2 82,6 115,8 92,7
В1 — в зоне передних сидений
В2 — в зоне задних сидений
h2 — в ближнем поле
Н2 — в дальнем поле
* результаты, пересчитанные по шкале А

Измерение крутящего момента и мощности *
1500об/мин 3700об/мин 5400об/мин
стандартный 95,7Nm / 20,4ЛС 114,4Nm / 60,2ЛС 97,1Nm / 74,6ЛС
«PowerFul» 94,5Nm / 20,2ЛС 114,4Nm / 60,2ЛС 98,7Nm / 75,9ЛС
«ASSO» 97,3Nm / 20,8ЛС 116,2Nm / 61,2ЛС 98,5Nm / 75,7ЛС
«Remus» 96,3Nm / 20,6ЛС 115,8Nm / 61,0ЛС 100,4Nm / 77,1ЛС
«SVR» 97,7Nm / 20,9ЛС 117,0Nm / 61,6ЛС 100,4Nm / 77,1ЛС
«SVR» в сборе 97,9Nm / 20,9ЛС 120,0Nm / 63,2ЛС 103,4Nm / 79,4ЛС
«Supersprint» в сборе 97,3Nm / 20,2ЛС 120,4Nm / 63,4ЛС 102,4Nm / 78,7ЛС
* без учёта потерь в трансмиссии

Результаты испытаний не стали сюрпризом. Сказать, что спортивный, прямоточный глушитель по сравнению со штатным глушителем совсем не прибавляет мотору мощности, нельзя. Все оконечные глушители дают несколько процентов прибавки на средних и высоких оборотах двигателя. «Внизу» эта прибавка либо меньше, либо вовсе никакая. Полные системы с «пауком» вместо штатного коллектора, большими трубами и без катализатора прибавляют больше мощности. Наиболее заметно это на высоких оборотах, где мотору особенно необходимо свободное дыхание. Однако прирост все равно не поражает воображение. Максимум — около семи процентов прироста мощности на высоких оборотах. Причем использование 60-миллиметровой трубы не дает преимущества по сравнению с 54-миллиметровой. Полуторалитровому моторчику со стандартными настройками и распредвалами столько просто не надо.
Итак, мощность увеличивается незначительно — в лучшем случае на 3—5 л.с. Зато как растет шум! Если по уровню внутреннего шума некоторые прямоточные глушители еще могут сравниться со штатным, то снаружи все протестированные образцы голосят безбожно. На первый взгляд может показаться, что прибавка в шесть-десять децибел (относительно звука стандартного глушителя) невелика — те же несколько процентов, что и в случае с мощностью. Но не надо забывать, что звуковое давление измеряется не по линейной, а по логарифмической шкале. И при пересчете получаются уже не проценты, а разы! Попросту говоря, на некоторых режимах автомобиль с прямоточной системой шумит как десять стандартных «двенадцатых»!
Так стоит ли тратиться на спортивный, прямоточный глушитель? Очевидно, что ответ на этот вопрос лежит в области личных предпочтений. Вы отдаете приоритет скорости и динамике автомобиля? Тогда лучше потратить эти средства на другие компоненты тюнинга, например, на форсированный двигатель. Если же для вас основная цель — произвести на светофоре впечатление на окружающих или подзадорить самого себя, то спортивный, прямоточный глушитель для этого подходит прекрасно. Главное, чтобы после старта вам удалось продемонстрировать соперникам хромированное дуло своего прямоточного глушителя.

Прямоточная выхлопная система: конструкция, плюсы и минусы

Классическая система глушения выхлопных газов состоит из выпускного коллектора с катализатором, резонатора и глушителя. Выхлопная система рассчитана на эффективное высвобождение отработанных газов в атмосферу. Немаловажно, чтобы выхлоп был максимально тихим, а также соответствовал экологическим нормам.

Конструкция стандартной выхлопной системы создает некоторое сопротивление газов против выталкивания их в атмосферу, а значит, двигатель затрачивает энергию на их высвобождение. Именно этот момент является ключевым при установке прямоточной выхлопной системы – минимизировать сопротивление угарных газов при выхлопе.

Из чего состоит прямоточная выхлопная система

Выпускной коллектор

Геометрия выпускного коллектора играет немаловажную роль в эффективности выхлопа. Большинство стандартных коллекторов, в силу конструктивных особенностей, имеют разную длину каждой трубы, а значит, с каждого цилиндра скорость отработанных газов и его поток будет отличаться друг от друга.

Прямоточные выпускные коллектора основаны на выравнивании магистрали, отчего и название – «равнодлинный коллектор». Конструкция может быть по типу «4-2-1» или «4-1», что означает количество труб, переходящих к главной магистральной трубе.

В зависимости от предпочтений, катализатор может устанавливаться после коллектора, либо удаляться, вместо него будет обычная труба. Для стабилизации температуры под капотом на коллектор наматывается термолента

Резонатор

Установлен за выпускным коллектором. Выхлопная магистраль проходит через резонатор. Если резонатор расположен максимально близко к двигателю, крутящий момент будет достигаться раньше, если дальше – двигатель будет более «верховым».

Помимо прямого назначения – снижать уровень шума, резонатор играет немаловажную роль в сглаживании пульсации выхлопных газов, снижая их сопротивление. Разница между обычным и тюнинговым резонатором в том, что у второго отсутствуют камеры, изменяющие геометрию движения газов, за счет чего достигается максимально низкое сопротивление

Прямоточный глушитель

Конечный глушитель также определяет эффективность выхлопной системы. В стандартном глушителе имеются множество перегородок, через которые газы разбиваются. Это создает сильное сопротивление в виду того, что необходимо много времени на высвобождение газов.

В прямоточном глушителе отсутствуют перегородки – проходит одна перфорированная труба. В качестве звукопоглотителя применяется стеклоткань или минеральная вата. Таким образом, глушитель прямоток не создает сопротивления, а наоборот способствует скорейшему освобождению СО2.

Прибавка к мощности

Опытным путем проверено, что установка полноценной прямоточной системы на разных автомобилях дает разный эффект. Средняя цифра по прибавке мощности – 7%.

Максимальная эффективность достигается только при комплексных работах, включающих в себя доработку впускной и топливной системы.

Немаловажно рассчитать диаметр выхлопной магистрали, так как недостаточной диаметр создаст большее сопротивление, да и большой приведет к такому же эффекту, в силу того, что газы будут копиться в магистрали, и после высвобождаться.

Плюсы и минусы прямоточного глушителя

Среди преимуществ можно выделить такие:

  • прибавка в мощности,
  • изменение звука выхлопа,
  • увеличение срока службы двигателя,
  • уменьшение расхода топлива при верных расчетах.

Но и без минусов не обошлось.

Недостатки:

  • повышенный шум, на уменьшение которого требуется комплекс манипуляций с шумоизоляцией,
  • риск получить штраф за превышение допустимого уровня шума,
  • неверные расчеты могут привести к обратному эффекту.

Резюме

Прямоточная система, при правильных расчетах, способна раскрыть потенциал двигателя. Только одной установкой системы невозможно добиться серьезной прибавки в мощности, поэтому данную операцию рекомендуется выполнять в комплексе с тюнингом двигателя.

Резонатор. Устройство резонатора (среднего глушителя)

Выхлопная система автомобиля намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. В современных моделях конструкция может состоять из четырех и более крупных компонентов (и большого числа более мелких). Выпускной коллектор, катализатор, резонатор (так называемый средний глушитель), и наконец, большой глушитель. Каждый элемент играет свою роль, и работает в комплексе с остальными частями. Нарушение работы любого компонента влечет за собой рассогласование всей системы. Для понимания принципа работы глушителя, необходимо знать, для чего нужен резонатор. Это поможет вовремя определить неисправность и обратиться в профильный сервис.

Рассмотрим устройство резонатора

Назначение этого элемента — первичная обработка выхлопа. Сформированный выпускным коллектором поток отработанных газов, проходит очистку в катализаторе и попадает в камеру резонатора. Средняя часть глушителя представляет собой полый цилиндр, внутри которого размещены перегородки и (или) перфорированные трубки разного диаметра. За счет большой площади металла происходит эффективный отвод тепла (первичное охлаждение). При движении по сложному лабиринту из перегородок ритмичные волны выхлопа направляются навстречу друг другу. При этом гасится их скорость, и происходить значительное снижение шума потока.

Резонаторы для автомобилей рассчитываются под конкретный двигатель, или группу моторов, с определенными характеристиками. Установка элемента от другой машины приводит к нарушению ритма отвода газов и снижению эффективности системы выхлопа. Тем не менее, замена штатного компонента возможна. Специалисты СТО «Ваш глушитель» подберут универсальный резонатор для любого автомобиля, при сохранении основных характеристик.

Некоторые автовладельцы по совету коллег из гаражного кооператива, удаляют средний глушитель. Выхлопная система без резонатора увеличивает нагрузку на основную банку, что гарантированно приводит к ускоренному износу. К тому же звук выхлопа в таком случае тоже меняется, не всегда в сторону улучшения.

Выхлопные резонаторы — типичные поломки и причины неисправностей

Этот компонент подвержен критическим нагрузкам, поскольку принимает на себя давление и температуру необработанного потока выхлопа. Поэтому внутренние перегородки могут прогореть и разрушиться, особенно при использовании некачественного топлива. В этом случае движение газов будет хаотичным, что проявляется в неприятном звуке и повышении температуры выхлопа.

Корпус подвержен коррозии, в том числе химической, при воздействии реагентов на зимних дорогах. Прогоревшие отверстия так же приводят к нарушению работоспособности.

В случае поломки резонатора обращайтесь в сервис «Ваш глушитель». Мы найдем решение, оптимальное по цене и качеству.

Тюнинг

Несмотря на свою полезность и важную роль в системе отвода отработавших газов, резонатор частично снижает мощность двигателя. Вся выхлопная система — это компромисс между эффективностью и комфортом работы. Если Вы готовы к увеличению громкости выхлопа, можно установить прямоточный резонатор. В нем уменьшено количество перегородок, либо они отсутствуют вовсе. При такой модернизации необходим точный расчет параметров прямотока.

Самостоятельная замена может привести к серьезным нарушениям отлаженного механизма. Поэтому следует обратиться к специалистам. Мастера сервиса «Ваш глушитель» профессионально отремонтируют или поменяют резонатор выхлопной системы, без ухудшения качества работы двигателя.

Устройство резонатора

Резонатор, устройство выхлопной системы автомобиля. Какую именно функцию выполняет и на что именно влияет работа резонатора?

Как устроен резонатор, для чего нужен

Резонатор является частью системы глушителя автомобиля, поэтому есть мнение, что его основная функция – снижение уровня шума работы двигателя. Да, резонатор влияет и на это, но есть другие, не менее важные задачи. Резонатор отвечает за уменьшение сопротивления выхлопных газов при движении по выхлопной системе. Происходит это благодаря внутренней структуре устройства резонатора, при забивке которой автомобиль начинает работать в аварийном режиме.

В результате отмечается снижение мощности работы двигателя, повышается расход топлива, усиливается вибрация кузова, и, конечно же, повышается шум рабочего двигателя. Принятие решения о самостоятельном удалении резонатора и замене его просто частью трубы только усугубляет проблему. Полая труба не сможет справиться со сглаживанием колебаний, образующихся при сгорании топлива, не понизит температуру выбрасываемого газа, все это повлечет скорейший износ более дорогих деталей автомобиля.

Иногда резонатор удаляют и вместо него как раз монтируют трубу, но делать это должен профессиональный мастер после проведения определенных расчетов для каждого автомобиля индивидуально. Ведь кроме повышения шума, нарушается и состав выбрасываемого в атмосферу газа, это может стать причиной отказа при прохождении ТО.

Устройство резонатора и принципы работы

Резонатор представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого размешается система перегородок с нанесенной перфорацией. Работа устройства заключается в следующем:

Резонатор представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого размешается система перегородок с нанесенной перфорацией.

  • Изменение колебания потока выбрасываемых газов. Амплитуда колебаний увеличивается, соответственно их частота уменьшается, это достигается созданием камер разного размера, нанесением перфорации на стенки, образующие препятствия для прохождения выхлопных газов по устройству. Это гасит интенсивность звуковых волн.
  • Камеры, расположенные внутри корпуса резонатора расширяют и сужают поток газов во время прохождения через устройство.
  • Трубки и преграды, расположенные внутри корпуса резонатора гасят пульсации высоких и средних частот, образующиеся в результате сгорания топлива. Достигается это опять же при помощи сложной внутренней структуры устройства.
  • Проникая через отверстия перфорации в трубках, расположенных внутри резонатора, выхлопные газы скапливаются, и в какой-то момент стравливаются.

Некоторые виды резонаторов делятся на внутренние камеры, каждая выполняет свою функцию. Например, последняя камера изготавливается из материала, который обладает звукоизоляционными свойствами, для гашения интенсивности звуковых волн работы системы ДВС.

Внешний корпус устройства чаще всего изготавливается из нержавейки, или, более дешевый вариант – стали с нанесением слоя алюминия, защищающего резонатор от коррозии. Резонаторы, выполненные из нержавеющей стали более устойчивы к коррозии, но из-за высокой стоимости устанавливаются не на все современные автомобили.

Устройство прямоточного резонатора

Прямоточный резонатор является разновидностью резонатора, еще его называют спортивным. Этот вид устройства имеет другую внутреннюю структуру – камеры внутри корпуса резонатора отсутствуют, сопротивления при движении не возникает. Это приводи к тому, что выхлопные газы, проходя через резонатор, не меняют направления, пульсации выхлопа не сглаживаются, звук работы систем автомобиля не гасится.

Прямоточный резонатор не монтируется заводом-изготовителем авто. Как правило, им заменяют «родной» резонатор при тюнинге системы глушителя. Учитывая все аспекты работы резонатора и работу всех устройств, на которые он оказывает влияние, такую замену необходимо производить очень осторожно и только у профессионалов. Некачественная замена, подбор резонатора, не отвечающего требованиям автомобиля, может повлечь за собой ремонт других систем, негативно сказаться на комфорте автомобиля.

Как сделать прямоток своими руками, плюсы и минусы

Многие модификации в автомобиле выполняются, чтобы привлечь внимание окружающих. Чаще всего это косметические изменения, но есть одно функциональное обновление, которое пользуется популярностью среди любителей автомобильного тюнинга. Оно позволяет водителю не только заявить о себе окружающим, но и улучшить мощностные характеристики автомобиля. Речь идет об установке прямоточного глушителя, который принято называть прямотоком. В рамках данной статьи мы посмотрим, как установить прямоток на автомобиль, а также, какие это несет плюсы и минусы.

Рекомендуем прочитать: 
Ремонт глушителя своими руками

Как сделать прямоток своими руками

Хорошая прямоточная система, выпускаемая производителями спортивных автомобилей, стоит серьезных денег, и желание сделать прямоток самостоятельно вполне понятно. Если смотреть на подобные аксессуары подробно, то можно заметить, что они представляют собой стандартный выхлопной выпуск с измененной конструкцией – сглаженные изгибы и малое число сварных швов. За счет подобного строения выхлопной системы автомобилю становится проще справляться с выбросом отработавших газов в атмосферу.

Сделать прямоток своими руками не так уж и сложно, как и установить его на автомобиль, но следует понимать, что подобное вмешательство в конструкцию машины по-своему сказывается на различных моделях. Чаще всего самодельную прямоточную систему устанавливают на «автомобили выходного дня», которые были приобретены, чтобы проводить над ними различные эксперименты.

Чтобы сделать прямоток самостоятельно, потребуется: металлическая труба с толщиной стенок не менее 3 миллиметров, сварочный аппарат, дрель, болгарка (для резки по металлу), нержавеющая сталь (чаще всего используются металлические губки для мытья посуды – около 50 штук).

Процесс самостоятельного производства прямотока следующий:

  1. Необходимо снять с автомобиля установленный глушитель и вскрыть резонатор. Для этого возьмите болгарку и сделайте отверстие по всей длине резонатора, а после разведите в стороны металлические листы, будто вскрывая консервную банку;
  2. После этого вы будете видеть все внутренности резонатора, который состоит из двух частей трубы и нескольких ребер жесткости. Все это предстоит вырезать из резонатора «под ноль», чтобы осталась непосредственно его металлическая оболочка. Вырезать удобнее всего при помощи болгарки, но приготовьтесь к тому, что займет это немало времени. Удаляя куски труб, оставьте с каждой стороны по 3-4 сантиметра, чтобы позже было удобнее наваривать модифицированные варианты выхлопа;
  3. Далее берем трубу такого же диаметра, как трубы, оставшиеся торчать в резонаторе с двух сторон. Обрезаем ее таким образом, чтобы ее длины хватило для установки в резонатор между обрезанными кусками и приварке с помощью сварочного аппарата. Здесь важно помнить правило: «Семь раз измерь, один раз отрежь». Если неверно изменить, и отрезанный размер трубы окажется меньше по длине, чем необходимо, придется резать новый кусок – складывать данную деталь из нескольких обрезков труб запрещено;
  4. Когда будет отрезана труба необходимой длины, надо приступить к ее модернизации. Для этого возьмите дрель небольшого диаметра и наделайте в данном куске трубы множество дырок. При этом оставьте по 3-4 сантиметра трубы с каждой стороны, чтобы после можно было обеспечить надежную сварку. Если ваша дрель не справляется с трубой, можно воспользоваться болгаркой и сделать на трубе множество надрезов через каждые 1,5-2 сантиметра.
  5. После этого необходимо наварить дырявый кусок трубы на части труб, которые остались торчать в резонаторе;
  6. Когда кусок трубы будет надежно приварен, необходимо забить весь резонатор сетчатой нержавеющей сталью. Для этого возьмите 50 приобретенных металлических губок для мытья посуды и начните их укладывать в резонатор, забивая все свободное пространство.

Внимание: некоторые губки могут идти с импровизированными «крючками», сделанными из бумаги, пластика или ткани. Такие элементы обязательно удалить с металла перед его укладкой в резонатор.

  1. Далее закройте резонатор и надежно приварите крышку;
  2. На этом создание прямотока своими руками можно считать завершенным. Остается установить автомобильный глушитель на место.

Важно отметить, что данный способ лишь один из многих вариантов самостоятельного создания прямоточной трубы из имеющегося глушителя. Некоторые автолюбителю собирают прямоток с нуля, что значительно дороже по затратам и более трудоемко. Подобная модификация простая, и ее сможет выполнить даже водитель без опыта.

Плюсы и минусы установки прямотока на автомобиль

Установка прямоточной системы несет в себе как плюсы, так и минусы. Каждый автомобилист для себя самостоятельно решает, насколько целесообразно модифицировать глушитель машины в пользу прямотока.

Плюсы прямотока:

  • Если наваривается труба чуть большего диаметра, чем установлена изначально, удается увеличить пропускную способность отработавших газов. Увеличение продува приводит к повышению мощности двигателя, вплоть до 15%;
  • Повышение срока эксплуатации глушителя. Чаще всего глушитель «с завода» выполняется не из лучших материалов, а при подобной модификации автомобилист может взять хорошие трубы, вплоть до титановых вариантов. Если вы хотите повысить «ресурс труб», то необходимо после заварки резонатора удалить болгаркой конец глушителя, и на его место припаять новую трубу, заранее ее хорошо зачистив и загрунтовав.

Минусы прямотока:

  • Повышение шума. Многие автолюбители заносят данный параметр в плюс, и выполняют установку прямотока своими руками исключительно с целью повышения «рокота» автомобиля при движении;
  • Уменьшение клиренса машины, если на глушитель наварены трубы большего диаметра;
  • Проблемы при прохождении технического обслуживания. Повышенный шум и отсутствие катализатора приведут к тому, что возникнут проблемы при прохождении ТО;

Способ установки прямотока своими руками, описанный в данной статье, можно назвать «колхозным». В профессиональных гоночных автомобилях прямоточная система устроена гораздо сложнее, и она разрабатывается, в первую очередь, для повышения производительности двигателя. При этом подобный прямоток навряд ли принесет много пользы, лишь изменив звучание автомобиля, что, в большинстве случаев, и является целью самостоятельного тюнинга.

Загрузка…

Прямоточная выхлопная система как прибавка «лошадей» автомобилю

Выхлопная труба необходима не только для того, чтобы отводить отработанные газы из камер внутреннего сгорания в двигателе, но и для повышения его мощности, особенно удачно это осуществляет прямоточная выхлопная система. Последняя используется чаще в спортивных моделях, однако и обычные городские машины могут получить такой тюнинг. Остается только разобраться, что же это даст автолюбителю.

Что такое прямоточная выхлопная система?

Когда в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания воспламеняется топливо, остаются отработанные газы, которые необходимо удалить для того, чтобы освободить место очередной порции горючего. По сути, газы выдавливаются продолжающим двигаться поршнем через специальный клапан на окончании цилиндра, однако крайне желательно, чтобы по ту сторону была разреженная среда, для чего и устанавливается прямоточная выхлопная система.

Зачем нужна разреженность? Все просто, благодаря этому фактору газы покидают цилиндр быстрее, буквально вытягиваясь из него, следовательно, камера лучше очищается и подготавливается для приема топлива. Но откуда берется разреженная среда? Тут действует закон инерции газов, когда после повышения давления в трубе (выхлоп) следом возникает разреженный фронт.

Если в выхлопной трубе имеются какие-либо изгибы или дополнительные элементы, препятствующие свободному выходу газов, последние гораздо хуже покидают цилиндр, и коэффициент его наполнения падает, что уменьшает общую мощность двигателя. В прямоточной трубе преграды для выхлопа отсутствуют, более того, диаметр системы нередко увеличивают для более свободного прохождения газов. В состав стандартной конструкции входит коллектор, или приемная труба, которая может быть разветвленной по числу цилиндров.

Далее на некоторых моделях установлен катализатор, где происходит очистка выхлопа. Затем следует резонатор, где уменьшается скорость выхлопа и происходит первичное приглушение звука. Затем через некоторый промежуток трубы система заканчивается глушителем, который, в свою очередь, может быть снабжен датчиком. Нередко в системе стоит и сажевый фильтр.

Зачем нужна спортивная выхлопная система?

В стандартной конструкции слишком много элементов, препятствующих свободному выходу отработанных газов, в результате чего имеют место затруднения компрессии цилиндров. Например, бумажного сажевого фильтра в прямоточной конструкции нет, а резонатор устанавливается с пониженным сопротивлением. Но в первую очередь, если у вас стандартная система, замене подлежит выпускной коллектор.

Схема его зависит от длины, короткий на 4 цилиндра будет выглядеть так: 4-1, то есть все отводы сходятся в одну трубу. Длинный будет делиться сначала на две пары, сходящиеся в две отдельные трубы, которые затем соединяются в одну, иными словами схема такова: 4-2-1. Первая спортивная выхлопная система лучше приспособлена для форсированных машин, поскольку добавляет мощность для двигателей с количеством оборотов свыше 6000 в минуту, вторая – для городских автомобилей.

Следует учитывать, что любое изменение конструкции выхлопной трубы приведет к необходимости регулировать систему питания двигателя.

Вернемся к резонатору. Для повышения производительности цилиндров устанавливать его следует там, где после своего максимума давление выхлопа падает. Отражатель в этом месте продлевает скорость выхлопа, увеличивает продувку камер сгорания, в результате чего увеличиваются обороты двигателя в целом. Глушитель при этом устанавливается как можно дальше от резонатора, чтобы не было влияния на разреженность среды в системе.

По сути, в стандартной конструкции «банка» оконечной части необходима лишь для снижения звука выходящих газов до положенных 100 децибел. Однако если заменить глушитель, например, выбрав наконечник группы А, то мощность двигателя вырастет на 30 лошадиных сил, но при этом шум увеличится до 120 децибел, что для городской черты неприемлемо.

Герметик для выхлопной системы как способ продлить ее службу

Любые детали автомобиля рано или поздно выходят из строя. Те, что время от времени подвергаются ударам и воздействиям агрессивных сред, например, кузов и подвески, служат довольно долго, особенно, если не забывать про техобслуживание. Другие ломаются чаще, например, тормозные колодки, изнашивающиеся от трения, коробка передач, шестерни которой не выдерживают нагрузки. А от чего выходит из строя выхлопная система?

Без всякого сомнения, она также подвергается ударам, например, камней, вылетающих из-под колес, но в большей степени на нее действует химическая коррозия, возникающая в газовой среде с высокой температурой. В частности, коллектор нагревается до 1300 градусов, из-за чего его делают из жаростойкого чугуна. Труба, примыкающая к коллектору, нередко выдерживает до 1100 градусов. Катализатор греется до 1050 градусов.

Резонатору в этом отношении чуть легче, он подвергается воздействию температур от 700 до 1000 градусов. Условия работы глушителя менее критичны, всего 350 градусов. Но все это внутри, снаружи температуры несколько ниже, правда, ненамного. Впрочем, добавьте к запредельным температурам воздействие на нержавеющую и алюминизированную сталь щелочей и хлоридов, с помощью которых сегодня ведется борьба против гололеда, и срок службы можно смело сокращать до минимума. Обычно это 3-4 года, а некоторые детали (из нелегированной стали) служат и того меньше, до полутора лет.

При этом наибольшая нагрузка приходится на места соединений, особенно, если совмещаются части из разных материалов. Чтобы избежать протечек выхлопных газов в этих местах, рекомендуется использовать герметик для выхлопной системы, который выдерживает до 1090 градусов. Отвердевая при нагреве, состав впоследствии обладает газонепроницаемостью и устойчив к химическим воздействиям. Для ремонта также используются пасты и бандажи с разным уровнем термостойкости. В целом, ремонт можно произвести за полчаса, однако это не значит, что надежность трубы или иного узла будет прежней.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Прямоточная выхлопная система — изучаем все преимущества и недостатки

Выхлопная система – это система, основное предназначение которой заключается в выпуске отработанных газов. В свою конструкцию включает каталитический конвертер, выпускной коллектор, а также глушитель.Вообще, если разобраться, то весь принцип по которому работает выхлопная система является очень простым. Даже новичок сможет разобраться в овладении знаниями об этой системе. Самое главное, как в общем-то и всегда – это смысл и сущность выбранного устройства. В данном случае конечной целью данного устройства является очищение камеры сгорания от газов.

При открытии выпускного клапана во впускной коллектор начинает понемногу поступать масса все тех же отработанных газов. Если же двигатель транспортного средства является дизельным, то все части, которые уже были отработаны сначала активизируют крыльчатку турбокомпрессора, а уже после этого направляются непосредственно в саму трубу. Если же двигатель – бензинный, то после прохождения коллектора газы сразу же перемещаются в трубу приема, после чего следуют далее по своей схеме строения на выходные позиции.

1. Что такое прямоточная выхлопная система?

После того как в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания было воспламенено топливо, непосредственно в камере его сгорания остаются отработанные газы. Именно выхлопная система и призвана удалить эти газы. Данная процедура делается для того, чтобы освободить место под очередную новую порцию горючего. Производится этот процесс посредством того, что газы выдавливаются с помощью двигающегося поршня, через специальный клапан, который располагается на окончании цилиндра. Тем не менее не является позитивным моментом то, что с другой стороны может располагаться разреженная среда. Именно для избегания данной проблемы существует установочная прямоточная выхлопная система.

И все же, для чего необходима эта разреженность? Ответ на данный вопрос является простым и кратким: именно с помощью данного фактора все оставшиеся газы намного быстрее покидают цилиндр посредством вытягивания из него. Вследствие этого процесса вся камера очищается значительно лучше, а также происходит подготовка для следующего приема топлива.

Теперь может возникнуть другой вопрос: откуда же берется эта разреженная среда? В данном случае действует закон инерции газовых веществ. После того как в трубе (выхлопе) было повышено давление возникает определенный разреженный фронт.

Таким образом, если в самой выхлопной трубе находятся определенные изгибы или другие ненужные элементы, которые способствуют препятствию для свободного выхода газов, последние намного хуже могут покидать цилиндр, вследствие чего падает коэффициент его наполнения. Это означает, что общая мощность двигателя также уменьшается. В трубе прямоточной существует полное отсутствие преград, которые могли бы запечатывать выходящий газ. Помимо этого, общий диаметр всей системы довольно часто увеличивается автолюбителями. Делается это для того, чтобы повысить уровень прохождения газов. К стандартизированной конструкции входят такие элементы: коллектор, который может заменяться приемная трубой, которая, в свою очередь, может быть разветвлённой по отношению к числу цилиндров.

Также, на многих моделях устанавливается катализатор, в котором, собственно, и происходит тотальная очистка выхлопа. После него следует резонатор, который способствует уменьшению скорости выхлопа. Также, в данном устройстве происходит первичное уменьшение звука. Затем через определенный промежуток трубы вся выхлопная система заканчивается глушителем. Именно данный агрегат может усовершенствоваться с помощью датчика. Помимо этого, довольно часто встречается в такого рода системе сажевый фильтр.

2. Зачем нужна спортивная выхлопная система?

В обычной стоковой заводской конструкции существует множество элементов, которые препятствуют естественному и свободному выплеску отобранных газов. Именно в результате данной проблемы могут возникать различного рода затруднения в компрессии цилиндров. Важно знать, что в прямоточной конструкции напрочь отсутствует бумажный сажевый фильтр, а сам резонатор зачастую установлен с уменьшенным сопротивлением. Тем не менее, проблему можно исправить. Если же такого рода стандартная система имеется в арсенале автолюбителя, то первоначальной замене подлежит выпускной коллектор.

Вся схема данного устройства напрямую зависит от длинны. Соответственно, у короткого устройства схема будет двухъярусной, а у длинного – трехъярусной. Первая спортивная выхлопная система лучше всего подходила для форсированных автомобилей. Это все потому, что она способствует добавлению мощности для двигателей, обороты в минуту которых выше чем 6000. Вторая выхлопная система предназначена для автомобилей городского типа. Важно учесть, что любое даже мизерное изменение в конструкции всей выхлопной трубы приводит к потребности в регулировании всей системы питания двигателя.

Теперь, касательно резонатора. Для того, чтобы выжать максимум производительности из своих цилиндров установку резонатора необходимо производить там, где после своего апогея давления выхлопа скоро падает. В этом месте отражатель может продлевать скорость выхлопа, таким образом увеличивая продувку камер сгорания, после чего значительно увеличатся обороты всего двигателя. При этом глушитель нужно устанавливать на максимально дальней дистанции от резонатора. Это нужно для того, чтобы избежать влияние на разреженность среды в самой системе выхлопа.

Если разобраться, то «банка» оконечной части в стоковой конструкции нужна лишь для того, чтобы снизить звук от выходящих газов до пониженных 100 децибел. Тем не менее, если же произвести замену глушителя, который способствует увеличению лошадиных сил двигателя, то шум также значительно увеличится и будет превышать 100 децибел, что в городской езде не всегда дозволено.

3. Герметик для выхлопной системы как способ продлить ее службу.

Автомобиль не вечен. Именно поэтому большинство деталей данного транспортного средства рано или поздно прекращают свою работу. Дольше всех служат самые надежные части: кузов, подвески, которые время от времени и подвергаются воздействиям и ударам от агрессивных сред. Но, продолжительность их жизни гарантирована при должном техобслуживании. Другие детали автомобиля значительно чаще выходят из строя: тормозные колодки, которые изнашиваются от трения, шестерни коробки передач, которые не выдерживают необходимых для водителя нагрузок. Так от чего же может выйти из строя система выхлопа автомобиля?

Вне всякого сомнения мысль о том, что выхлопная система подвергается ударам и разным негативным воздействиям. Так, удары могут происходить из-за камней, которые вылетают из-под колес, а воздействие происходит из-за химической коррозии, которая возникает в газовой среде вследствие очень высоких температур. Важно знать, что коллектор нагревается аж до 1300 градусов. Именно поэтому данное устройство делается из очень жаростойкого чугуна. Сама труба, которая присоединяется к коллектору, часто выдерживает температуры до 1100 градусов, а сам катализатор может нагреваться до 1050 градусов.

В этом отношении состояние резонатора немного легче, так как он поддается воздействию температур в диапазоне от 650 до 950 градусов. Условия, в которых происходит работа глушителя являются еще менее критичными – 350 градусов. Но, необходимо запомнить, что все данные процедуры происходят внутри. Снаружи уже сами температуры на порядок ниже, хотя и на небольшой порядок. Впрочем, если добавить ко всем температурам запредельным еще и непосредственное воздействие на плюминизированную и нержавеющую сталь хлоридов и щелочей, при помощи которых в современном мире ведется война с гололедами, срок службы такого устройства можно довольно сильно сократить, даже до непозволительного минимума. Зачастую это 4-5 лет. Тем не менее есть такие детали, которые служат и не больше года.

При всем этом максимальные уровни нагрузки припадают на места соединений. Особенно это выражается тогда, когда части совмещения сделаны из разных материалов. Для того, чтобы избежать разных утечек и протечек газов выхлопа в такого рода местах, нужно использовать особый герметик для системы выхлопа, который способен выдерживать до 1100 градусов. При нагревании он отвердевает, а состав вследствие этого обладает газонепроницаемостью и становится устойчивым к различным химическим воздействиям. Для того, чтобы произвести такого рода ремонт можно использовать пасты и бандажи, которые имеют разный уровень термостойкости. Если разобраться, то такой ремонт можно проделать за двадцать минут, тем не менее это не будет означать, что надежность определенного узла или трубы останется прежней.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Запасные глушители и резонаторы | Прямая посадка, универсальная — CARiD.com

Выхлопная система выполняет две функции: отвод выхлопных газов от двигателя к задней части автомобиля и от кабины и сглаживание волн давления, создаваемых сгоранием двигателя. Первое важно для безопасности пассажиров, поскольку выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания содержат ядовитый окись углерода (CO), ядовитый газ без цвета и запаха, который в достаточных концентрациях может вызвать тяжелые заболевания и даже смерть. Второе необходимо для предотвращения чрезмерного шума, который может раздражать вас и раздражать других водителей и пешеходов, а также нарушать закон.

Глушители и резонаторы — это компоненты выхлопной системы, которые снижают уровень шума. Все автомобили имеют глушители, но резонаторы используются только в определенных случаях, обычно в автомобилях класса люкс, где требуется особенно тихий звук выхлопа. Глушитель имеет овальный или цилиндрический корпус с впускным и выпускным отверстиями, которые позволяют подключать его к выхлопной системе.Резонаторы имеют аналогичную конструкцию и обычно располагаются в задней части автомобиля. Многие глушители и резонаторы поставляются с прикрепленными кронштейнами, а некоторые — с частью выхлопной трубы.

Хотя внутренняя конструкция может варьироваться в зависимости от производителя выхлопной системы и области применения транспортного средства, в целом глушитель имеет перфорированные трубы и перегородки внутри корпуса, которые предназначены для отражения и гашения звуковых волн, создаваемых импульсами давления при сгорании двигателя. В дополнение к трубам и камерам некоторые глушители могут также включать набивку или звукоизоляцию. Все, что ограничивает поток выхлопных газов и создает противодавление, в том числе эти функции шумоподавления, может снизить мощность. Правильно спроектированный глушитель, как и те, что представлены на наших цифровых полках, обеспечивает бесшумную работу автомобиля, сводя к минимуму ограничение мощности и противодавление.

Замена глушителя и / или резонатора может потребоваться из-за перфорации, вызванной ржавчиной и коррозией, физического повреждения или внутреннего отказа.Глушители ржавеют снаружи от воздействия погодных условий и дорожной соли, но они также ржавеют изнутри от конденсации, особенно на транспортных средствах, управляемых на короткие расстояния. Глушитель никогда не нагревается до такой степени, чтобы испарился конденсат, а влага соединяется с химическими веществами в выхлопе, создавая коррозионные соединения, которые разъедают металл, что может привести к сквозной ржавчине и разрушению внутренней конструкции. Находясь на днище автомобиля, глушитель подвергается ударам от препятствий и дорожного мусора, что может привести к физическим повреждениям.Такое повреждение и внутренний структурный сбой могут привести к чрезмерному ограничению и потере мощности.

Поскольку перфорация и возникающие в результате утечки выхлопных газов и шум являются частой причиной выхода из строя глушителя, мы предлагаем глушители, изготовленные из коррозионно-стойкой нержавеющей стали и алюминизированной стали. Вы можете рассчитывать на них, чтобы обеспечить долгие годы и мили надежной и бесшумной работы. Эти глушители бывают как в прямом, так и в универсальном исполнении. Наши глушители прямого монтажа специально разработаны для каждой области применения в автомобилях.Они имеют те же физические размеры, что и глушители оригинального оборудования, что упрощает установку, включая размещение на подвеске, если таковая имеется, а их внутренняя конфигурация предназначена для обеспечения качества звука и уровня производительности оригинального оборудования. Для установки универсальных глушителей может потребоваться вырезка и изготовление.

Прямое численное моделирование резонаторов микропотока в присутствии скользящего потока

Abstract

Механизм поглощения звука множественными резонаторами микропотока в присутствии скользящих потоков исследован методом прямого численного моделирования (DNS).Для проверки разработанного метода DNS в первую очередь изучается несколько случаев при нулевом скользящем потоке. И настоящие численные результаты сравниваются с экспериментальными и численными результатами Tam et al. Кроме того, один, два и несколько резонаторов микропотока с скользящими потоками численно исследуются, чтобы показать эффекты скользящего потока и взаимодействия нескольких резонаторов.

Ключевые слова

микропоточный резонатор акустический лайнер CAA

Это предварительный просмотр содержания подписки,

войдите в

, чтобы проверить доступ.

Предварительный просмотр

Невозможно отобразить предварительный просмотр. Скачать превью PDF.

Ссылки

  1. 1.

    Jones M.G., Watson W.R., Parrott T.L. Контрольные данные для оценки кодов аэроакустического распространения при пастбищном потоке. AIAA 2005–2853

    Google Scholar
  2. 2.

    Melling T.H. Акустический импеданс перфоратов при средних и высоких уровнях звукового давления.

    Журнал звука и вибрации

    , 1973;

    29

    (1): 1–65

    CrossRefADSGoogle Scholar
  3. 3.

    Tam C.K.W., Курбацкий К.А. Микрогидродинамика и акустика резонансных лайнеров.

    AIAA Journal

    , 2000;

    38

    (8)

    Google Scholar
  4. 4.

    Курбацкий К.А., Там С.К.В. Микрогидродинамика резонансного лайнера в скользящем потоке. AIAA-2000-1951.

    Google Scholar
  5. 5.

    Tam C.K.W., Kurbatskii K.A., Ahuja K.K., Gaeta Jr. R.J. Численное и экспериментальное исследование механизмов диссипации резонансных акустических лайнеров.

    Журнал звука и вибрации

    , 2001;

    245

    (3): 545–557.

    CrossRefADSGoogle Scholar
  6. 6.

    Tam C.K.W., Ju H., Jones M.G., Watson W.R., Parrott T.L. Расчетно-экспериментальное исследование щелевых резонаторов.

    Журнал звука и вибрации

    , 2005;

    284

    : 947–984

    CrossRefzbMATHADSGoogle Scholar
  7. 7.

    Li X.D., Gao J.H. Численное моделирование механизма генерации осесимметричных визжащих тонов сверхзвуковой струи.

    Физика жидкостей

    , 2005;

    17

    (085105): 1–8

    zbMATHGoogle Scholar
  8. 8.

    Tam C.K.W., Webb J.C. Конечно-разностные схемы для вычислительной акустики, сохраняющие дисперсионное соотношение.

    Journal Computational Physics

    , 1993;

    107

    : 262–281

    CrossRefMathSciNetzbMATHADSGoogle Scholar
  9. 9.

    Ху F.Q., Хуссаини М.Ю., Манти Дж. Л. Схемы Рунге-Кутты с низкой и низкой дисперсией для вычислительной акустики.

    Журнал вычислительной физики

    , 1996; 124: 177–191

    CrossRefMathSciNetzbMATHADSGoogle Scholar
  10. 10.

    Tam C.K.W., Webb J.C., Dong T.Z. Исследование коротковолновых составляющих в вычислительной акустике.

    Journal of Computational Acoustics

    , март 1993 г ​​.;

    1,1

    : 1–30

    CrossRefMathSciNetGoogle Scholar
  11. 11.

    Tam C.K.W. Успехи в численных граничных условиях для вычислительной аэроакустики.

    Журнал вычислительной акустики

    , 1998;

    6

    : 377–402

    CrossRefGoogle Scholar

Информация об авторских правах

© Tsinghua University Press & Springer 2007

Авторы и аффилированные лица

  1. 1. Школа реактивного движения Бейханский университет Пекин, Китай, платформа датчика потока

rsc.org/schema/rscart38″> В этой статье представлена ​​новая сенсорная полимерная платформа на основе микрокольцевых резонаторов с прямой микрожидкостной схемой адресации, использующей проточный подход.Изготовление отверстия, расположенного в центре кольца, позволяет точно дозировать аналит с эффективной скоростью переноса на поверхность кольца. Устройства используются для экспериментов по биочувствительности с растворами на основе бычьего сывороточного альбумина (БСА). Измеренный сдвиг резонансного пика показывает линейное поведение до 200 нМ. Время отклика датчика измеряется путем пропускания раствора BSA с концентрацией 20 нМ при двух различных расходах и в двух различных конфигурациях протока. Снижение времени отклика сенсора более чем на один порядок по сравнению со стандартным проточным подходом достигается с помощью предложенного проточного подхода благодаря улучшенной кинетике переноса аналита.Предлагаемая архитектура устройства, в своей внутренней простоте, дает многочисленные преимущества, связанные с временными характеристиками и мультиплексированием различных аналитов, выборочно адресованных кольцевым резонаторам, для биодатчика без меток.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

Gauss Center for Supercomputing e.V.

Полость (полость в объекте) в турбулентном потоке газа часто приводит к взаимодействию вихревых структур и акустики. Используя это взаимодействие, можно подавить звук в некоторых приложениях: глушители для реактивных двигателей (так называемый лайнер) или выхлопы. В других случаях звук может воспроизводиться в равной степени: визг открытых колесных ниш (например, самолет во время взлета и посадки), стук люка и окон (любое транспортное средство), шум пересечения трубопроводов и звуки духовых инструментов (например, поперечной флейты и т. Д.) орган). Как правило, в ходе обширных экспериментальных прогонов тестируются различные конфигурации, чтобы выполнить проектные задачи соответствующего приложения.На основе «прямого численного моделирования» цель состоит в том, чтобы улучшить понимание взаимодействия между турбулентностью и акустикой объемных резонаторов и разработать автономные модели прогнозирования звука, которые улучшают и упрощают процесс проектирования.

Задача

В рамках проектов DFG SE 824 / 29-1 «Акустическое исследование полой камеры в турбулентном потоке» и DFG SE 824 / 23-1 «Оптимизация формы и анализ чувствительности хвостовика при скользящем потоке» ‘Немецкого исследовательского фонда (DFG) моделируются, исследуются и моделируются объемные акустические резонаторы, приводимые в действие турбулентным потоком.

Развитие высокопроизводительных вычислений позволяет моделировать динамику турбулентно-акустического взаимодействия с помощью высококачественного метода «прямого численного моделирования». Впервые трехмерная геометрия изучена численно в полной мере без упрощений. Создана беспрецедентная база данных. До сих пор численные исследования объемных резонаторов с шейкой не рассматривают втекающий турбулентный пограничный слой или не разрешают все масштабы системы, а предполагают некоторую форму приближения.

Ключевой задачей является либо предотвращение резонаторного шума до того, как он возникнет, либо уменьшение существующего тонального шума путем установки резонаторных поглотителей. В ответ на обе проблемы в этом проекте разрабатывается более реалистичная акустическая модель. Эта модель поддерживает схему акустически резонансных полостей, предсказывая, какие звуковые частоты затухают, а какие возбуждаются, в зависимости от геометрических размеров и свойств потока.

Почему суперкомпьютерная мощность?

«Прямое численное моделирование» турбулентного потока требует больших вычислительных ресурсов, поскольку необходимо определить масштабы всех систем. Приведем пример: наименьший вихрь, присутствующий в исследуемом случае, простирается примерно на десятые доли миллиметра. Размер всего смоделированного объемного резонатора составляет приблизительно один дециметр. Таким образом, в каждом измерении вычислительной сетке необходимо разрешить три порядка величины. Всего в трех измерениях требуется около миллиарда узлов сетки. Поскольку и турбулентность, и акустика играют ключевую роль вместе, нельзя использовать никакие упрощенные или приближенные уравнения, но необходимо решить наиболее общую / сложную форму уравнений однофазного газа (так называемые уравнения сжимаемого давления Навье-Стокса).В отличие от экспериментальных измерений вся пространственная и временная информация о давлении, скорости и температуре может быть оценена без искажения самим процессом измерения. Самый широкий спектр эффектов учитывается с помощью «прямого численного моделирования». Характерные структуры потока могут быть выявлены из базы данных, что облегчает понимание и моделирование физических процессов

Создание звукового потока в одном направлении

Исследователи из Йельского университета обнаружили, как заставить оба звука течь только в одном направлении, открывая двери для множества новых приложений в мобильных телефонах и электронных технологиях.

Команда под руководством профессора Джека Харриса из Йельского факультета физики создала односторонний маршрут для звуковых волн, используя два акустических резонатора — или два объекта, которые могут вибрировать, сказал он Design News . Кроме того, используя тот же принцип, исследователи достигли того же сценария для тепла, сказал он.

На изображении показано, как исследователи из Йельского университета изобрели способ заставить звук проходить только в одном направлении. На изображении гибкая мембрана (серый квадрат) служит акустическим резонатором, помещенным между двумя зеркалами.Когда лазерный свет попадает между зеркалами, он многократно проходит через мембрану. Сила, оказываемая лазерным лучом, используется для управления вибрациями мембраны. (Источник изображения: Лаборатория Харриса, Йельский университет)

Улица с односторонним движением

«[Мы продемонстрировали, что] можно соединить два акустических резонатора
. .. таким образом, чтобы пропускать звуковые волны — или любой другой тип вибрации — течь только от объекта A к объекту B, — объяснил Харрис.«Кроме того, мы показали, что это соединение может быть переключено с улицы с односторонним движением, соединяющей A и B, на улицу с односторонним движением, соединяющую B с A, или на улицу с двусторонним движением».

Команда также показала, что этот односторонний перенос вибрации также применяется к переносу тепла; В случае с работой исследователей, тепло передавалось от резонатора A к B в основном за счет вибрации, добавил он. Некоторые из самых простых примеров акустических резонаторов можно найти в музыкальных инструментах или даже в выхлопных трубах автомобилей.Однако они также используются в различной электронике, включая сотовые телефоны и детекторы гравитационных волн, которые используются в качестве датчиков, фильтров и преобразователей из-за их совместимости с широким диапазоном материалов, частот и производственных процессов.

«Есть много ситуаций, в которых хочется, чтобы волны двигались только в одном направлении», — объяснил Харрис. «Для электромагнитных волн это достигается с помощью устройств, известных как изоляторы или циркуляторы, и они играют решающую роль в современной электронике.”

Управляется тщательно подобранными частотами

Однако до сих пор не существовало эквивалентного, практичного одностороннего устройства для вибрации, сказал он. «Мы показали, что построить такую ​​вещь« легко »- вам просто нужно соединить два ваших резонатора через третий резонатор со слабой нелинейностью
; затем вы управляете резонатором C с несколькими тщательно подобранными частотами ».

Если все сделано правильно, колебания могут передаваться от первого резонатора ко второму через третий резонатор, но не наоборот, сказал Харрис.Это то же самое, что слышать шепот людей в соседней комнате, но слышать громкий шум из той, в которой вы находитесь, и никто из соседей не слышит этого. Исследователи опубликовали статью о своей работе в журнале Nature .

Харрис выразил надежду, что изобретение будет использовано в технологии сотовых телефонов для замены электрических схем, используемых при обработке сигналов, на акустические резонаторы.

«Есть несколько задач по обработке сигналов, которые сотовые телефоны должны выполнять, которые намного проще выполнять с акустическими резонаторами, чем с электрическими схемами. Одним из примеров является узкополосная фильтрация», — сказал он.«В результате сотовые телефоны преобразуют сигналы из электрической области в акустическую — например, через резонаторы FBAR — и обратно».

Этот вид обработки сигналов в настоящее время не может быть выполнен акустически, потому что волны отражаются взад и вперед между всеми различными элементами, а не просто распространяются в желаемом направлении, сказал Харрис. «Схема, которую мы продемонстрировали, даст это одностороннее распространение», — сказал он.

Элизабет Монтальбано — писатель-фрилансер, писавший о технологиях и культуре более 20 лет.Она жила и работала профессиональным журналистом в Фениксе, Сан-Франциско и Нью-Йорке. В свободное время она увлекается серфингом, путешествиями, музыкой, йогой и кулинарией. В настоящее время она проживает в деревне на юго-западном побережье Португалии.

ESC BOSTON ВОЗВРАЩАЕТСЯ!
ЗАРЕГИСТРИРУЙТЕСЬ СЕГОДНЯ!

Крупнейшая в стране конференция по встраиваемым системам вернулась с новой образовательной программой, адаптированной к потребностям современных специалистов по встраиваемым системам, которая соединит вас с сотнями разработчиков программного обеспечения, инженеров по аппаратному обеспечению, начинающих провидцев и профессионалов отрасли по всему миру.Вдохновляйтесь практическим обучением и обучением по пяти направлениям конференций. Кроме того, примите участие в технических учебных курсах, проводимых ведущими специалистами по встраиваемым системам. Нажмите здесь, чтобы зарегистрироваться сегодня!

Прямое обнаружение затухания Ахиезера в кремниевом МЭМС-резонаторе

В этой работе мы исследовали семейство квадратных резонаторов на моде Ламе с двумя различными конструкциями якоря («коротким» и «длинным», рис. 4). , два разных размера (400 мкм × 400 мкм и 200 мкм × 200 мкм), включая резонаторы с отверстиями для удаления травления и без них.Эти резонаторы связаны с подложкой тонкими тросами, расположенными по углам квадратных пластин, которые являются узлами колебательной моды Ламе. Эта комбинация конструкций позволила нам учесть различные механизмы рассеивания, такие как TED, путем определения сигнатур Q ( T ), присутствующих для каждой конструкции. Геометрическая форма моды Ламе показана на рис. 4. При комнатной температуре эти резонаторы имеют моды Ламе на 10 МГц для устройств 400 мкм и 20 МГц для устройств 200 мкм и Q , значения 10 5 для устройства с отверстиями для травления, 2 × 10 6 для устройств на 400 мкм без отверстий для травления и 10 6 для устройств на 200 мкм без отверстий для травления.Резонаторы без отверстий для травления демонстрируют продукты f · Q из 2 · 10 13 при комнатной температуре, что находится в пределах диапазона наивысшей из когда-либо наблюдаемых комнатных температур f · Q продуктов.

Рисунок 4

Подробная информация о изготовлении, формах колебаний, привязках и технических характеристиках устройства, использованных в этом исследовании.

Для исследования температурной зависимости рассеяния в наших MEMS-резонаторах мы спроектировали и построили экспериментальное устройство, которое позволяет тестировать резонаторы при изменении температуры от комнатной до менее 80 K и обратно 25 .Аппарат состоит из вакуумной камеры с турбонаддувом, которая позволяет устанавливать матрицу резонатора в корпусе, закрепленном на медном блоке, через который протекает жидкий азот. Электрические соединения к матрице резонатора выполняются через вакуумный ввод. Для всех экспериментов в этом исследовании значения Q были определены путем измерения откликов свободного кольца вниз, которые одновременно определяют частоту резонатора, а также время затухания амплитуды колебаний.Этот подход позволяет точно определить потери энергии, даже если частота изменяется в масштабе времени эксперимента. Используя этот подход, мы измерили температурную зависимость Q для всех устройств, описанных в этом исследовании. Экспериментальные детали, относящиеся к работе резонаторов, инициированию измерения по кольцу и обработке данных, обсуждались ранее 37 .

Резонаторы, использованные в этом исследовании, были изготовлены с использованием нашего процесса эпитаксиальной инкапсуляции поликремния (Epi-seal) 38 , который, как было показано, обеспечивает герметичную среду для резонатора с базовым давлением около 0.1 Па, состоящий из газа H 2 . Один из вариантов этого процесса используется SiTime для создания элементов синхронизации на основе МЭМС для приложений бытовой электроники 39 , и отличная повторяемость и стабильность устройств, изготовленных в этом процессе, также имеют решающее значение для нашей работы. Конкретный процесс, используемый для этих устройств, включает изменения процесса, которые позволяют высвобождать резонирующие структуры большой площади без отверстий для вытравливания, что позволяет исследовать устройства с ними и без них. Резонаторы, изготовленные с использованием процесса Epi-seal, демонстрируют долговременную стабильность частоты лучше 30 частей на миллиард в течение 1 года с соответствующей стабильностью при измерениях рассеяния энергии 38 .

Наши устройства работают в режиме Ламе, в котором газовое демпфирование пренебрежимо мало из-за очень малых смещений и высокой рабочей частоты объемного режима 25,38 . Кроме того, мы экспериментально подтвердили, что в этих устройствах нет зависимости постоянной времени затухания от напряжения смещения, что демонстрирует, что в резонаторах MEMS иногда присутствует электрическое демпфирование, которое может вызывать омические потери, связанные с колебаниями, вызванными движением токи, распространяющиеся через устройства 40 , не являются важным фактором в наших измерениях Q .

На основании этих первоначальных результатов ожидается, что TED, анкерное демпфирование и демпфирование Ахиезера будут единственными важными факторами рассеивания в этих устройствах с режимом Ламе. Мы также обсудим возможную роль поверхностных потерь в этих экспериментах ниже.

Резонаторы на моде Ламе с отверстиями для травления

Было показано, что TED является основным источником потерь энергии в резонаторах объемной моды, изготовленных с отверстиями для травления. Введение в эти резонаторы отверстий для травления приводит к сильно локализованным концентрациям напряжений, а результирующие градиенты напряжений значительно усиливают TED 24,38,41 .

Начиная с прибора Ламе с отверстиями для травления, мы измерили Q ( T ) вплоть до криогенных температур. Если, как мы ожидаем, TED важен для этих устройств, измерения при низких температурах должны выявить несколько особенностей:

  • Начиная с комнатной температуры, Q резонаторов с ограничением TED должен быстро увеличиваться при понижении температуры 25 .

  • Когда температура приближается к 120 K сверху, мы ожидаем, что CTE приблизится к нулю и что вклад TED полностью исчезнет.Ниже 120 K CTE восстанавливает конечное значение, поэтому TED снова появляется. Комбинация этих эффектов даст пик на температурной зависимости Q около 120 К.

  • На пике TED можно полностью пренебречь как источником рассеяния.

На рисунке 5 показаны экспериментальные измерения Q ( T ) для резонаторов ламе 400 мкм × 400 мкм с отверстиями для травления, изготовленными и работающими, как описано выше.Эти устройства были установлены с использованием двух различных монтажных конфигураций. В первом использовалась эпоксидно-серебряная паста h30E от Epotek 42 для прикрепления кристалла к корпусу, а во втором использовался метод «плавающего штампа», который реализуется путем подвешивания штампа только за проволочные скрепки без окончательного клея 43 . В каждом из этих измерений мы наблюдали комнатную температуру Q около 10 5 , быстро увеличивающуюся до пика Q около 1,6 × 10 6 при 120 К и снижающуюся до менее 1.4 × 10 6 при самой низкой измеренной температуре. Эта подпись Q ( T ) согласуется с тем, что мы ожидаем от устройства, в котором доминирует TED при большинстве температур, но сталкивается с некоторым другим верхним пределом до Q при 120 K, когда Q TED расходится.

Рисунок 5

Измерения Q ( T ) для устройств Ламе 400 × 400 мкм с конфигурацией длинного якоря от комнатной температуры до ниже 100 К.Мы видим пик в Q ( T ) при 120 K, который характерен для резонатора, в котором доминирует TED, в сочетании с некоторым другим механизмом рассеивания, который ограничивает Q до 1,6 × 10 6 при 120 K, где TED становится незначительным.

Резонаторы на моде Ламе без отверстий для травления

Чтобы понять другие факторы, влияющие на рассеяние энергии, мы построили и протестировали другой набор резонаторов на моде Ламе без отверстий для вытравливания. Устраняя отверстия для травления, мы рассчитывали добиться значительного снижения прочности TED, что позволит нам непосредственно наблюдать другие механизмы рассеяния, такие как затухание якоря и затухание Ахиезера.Предыдущая работа в нашей группе 38 и других 24,44 показала, что Q , измеренный при комнатной температуре для устройств без отверстий для травления, может быть в 20 раз больше, чем для аналогичных устройств с отверстиями для травления.

Первоначальное рассмотрение этих результатов (рис. 6) приводит к нескольким наблюдениям. Во-первых, отсутствие пика в Q ( T ) около 120 К указывает на то, что TED не является значительным источником рассеивания в любом из этих устройств. Этот результат был также подтвержден моделированием TED, выполненным с помощью COMSOL Multiphysics, где прогнозируемое значение Q для TED было> 10 11 .Во-вторых, измерения Q ( T ), по-видимому, не имеют какой-либо зависимости от геометрии анкера или метода монтажа матрицы, поэтому мы считаем, что потери в анкере не являются значительным источником рассеивания в этих устройствах. Кроме того, наблюдаемый Q ( T ) имеет температурную зависимость, которая слишком сильна, чтобы приписывать механизм ограничения потерь затуханию якоря. Наконец, во всем диапазоне температур Q ( T ) для резонатора 400 мкм, который работает на частоте 10 МГц, примерно вдвое больше, чем Q ( T ) для резонатора 200 мкм, который работает при 20 МГц. МГц.Это наблюдение несовместимо с ожидаемым масштабированием поверхностных потерь, согласно которому Q будет таким же для этих устройств с той же толщиной и таким же соотношением площадь поверхности / объем. Таким образом, мы заключаем, что поверхностные потери не являются значительным источником рассеивания в любом из этих устройств.

Рисунок 6

Измерения температурной зависимости Q для резонаторов типа Ламе без отверстий для травления с разной геометрией якоря, разными способами монтажа и для двух устройств разного размера.

Отметим, что пик Q для устройства с отверстиями для протравливания составляет 1,6 M, что несколько ниже измеренного значения Q 2,2 M для устройства с такими же размерами, но без отверстий для травления при той же температуре. . Одно из объяснений этого различия заключается в том, что устройство с отверстиями для травления имеет значительно большую площадь поверхности, чем устройство без отверстий для травления, так что этому может способствовать очень слабый механизм поверхностных потерь. Чтобы вызвать несоответствие, дополнительные поверхностные потери должны иметь Q около 6 M при 120 K, но они будут присутствовать только в устройстве с отверстиями для травления.

На основании этих наблюдений мы предполагаем, что диссипация в этих резонаторах определяется затуханием Ахиезера. Это утверждение основано на доказательствах того, что TED, анкерное демпфирование и поверхностные потери не являются значительными источниками рассеяния, и что измеренный Q при комнатной температуре находится в диапазоне, который, как утверждали предыдущие исследования, соответствует приближению к «пределу Ахиезера». ». Возможно, самое главное, мы видим, что Q масштабируется как 1/ f для устройств разного размера, которые в остальном имеют тот же материал, геометрию, ориентацию и якоря.Кроме того, Q ( T ) сохраняет ожидаемое масштабирование 1/ f в очень широком диапазоне температур. Поскольку Q зависит от температуры только через свойства материала, мы ожидаем, что температурная зависимость одинакова для резонаторов 400 и 200 мкм. В результате мы интерпретируем соотношение, близкое к 2: 1 в Q для этих двух устройств, которое сохраняется от 100 K до 300 K, как убедительное свидетельство первого четкого и прямого обнаружения затухания Ахиезера в резонаторе MEMS.На рисунке 7 представлен график отношения Q ( T ) для резонаторов 400 мкм и 200 мкм в зависимости от температуры, показывающий, что отношение Q (400) / Q (200) составляет от 1,65 до 1,85 больше. весь этот температурный диапазон.

Рисунок 7

Отношение Q (T) для резонаторов Ламе 200 и 400 мкм.

Характеристики аэроакустического затухания резонатора Гельмгольца с жесткой перегородкой, реализованного в присутствии скользящего потока

Для расширения его эффективного частотного диапазона и улучшения характеристик потерь при передаче предложена и оценена модифицированная конструкция резонатора Гельмгольца. внедрение в его полости жесткой перегородки.Затем проводится сравнение предлагаемой конструкции с традиционной, рассматривая прямоугольный канал с резонатором, реализованным в присутствии среднего скользящего потока. Для этого разработана линеаризованная двумерная модель Навье-Стокса в частотной области. После проверки с помощью сравнительного анализа имеющихся экспериментальных данных и наших экспериментальных измерений, модель используется для оценки эффектов (1) ширины жесткой перегородки, (2) расположения / высоты ее реализации, (3) конфигураций ее реализации (i .е., прикрепленный к левой боковой стенке или правой боковой стенке), (4) скользящий средний поток (число Маха) и (5) форма горловины в зависимости от эффекта шумоподавления. Показано, что, поскольку жесткая перегородка прикреплена в 2 различных конфигурациях, резонансные частоты и максимальные потери передачи не могут быть предсказаны с использованием классической теоретической формулировки, особенно если скользящее число Маха больше 0,07, т. Е. Кроме того, существует оптимальное число Маха скользящего потока, соответствующее максимальному пику потерь при передаче, поскольку ширина меньше половины ширины полости, т.е.е.,. По мере увеличения ширины жесткой пластины до одного дополнительного пика потерь при передаче примерно на 400 Гц. Показано, что возникновение пика потерь при передаче 12 дБ на частоте 400 Гц связано со звуком и взаимодействием конструкции. Наконец, изменение формы шейки от обычной до дугообразной приводит к увеличению доминирующей резонансной частоты примерно на 20% и, таким образом, к пику вторичных потерь передачи на 2-5 дБ. В настоящей работе предлагается и систематически исследуется усовершенствованная конструкция резонатора Гельмгольца с дополнительным пиком потерь при передаче на высокой частоте, помимо доминирующего пика на низкой частоте.

1. Введение

Резонаторы Гельмгольца широко применяются в автомобильной [1] и авиакосмической промышленности в качестве эффективных гасителей акустических шумов [2, 3]. По сравнению с другими демпферами, такими как полуволновые и четвертьволновые резонаторы, резонаторы Гельмгольца обладают более высокой способностью гашения шума [4]. Обычно они присоединяются к двигателю при наличии среднего потока, который также известен как скользящий поток. Для достижения максимального ослабления шума эти резонаторы должны быть хорошо спроектированы, чтобы они были настроены на собственные резонансные частоты [5].Обычно ожидаются плохие характеристики шумоподавления, когда частота шума сильно отличается от почти резонансной, то есть вне резонансных условий. Резонансные частоты можно предсказать, используя. Здесь обозначает скорость звука. — объем полости резонатора. и обозначают эффективную длину и площадь поперечного сечения шейки резонатора. больше физической длины шеи из-за эффекта торцевой коррекции [6, 7]. Шано [6] разработал теоретическое уравнение для определения конечной поправки.

Классическая теоретическая формула для предсказания резонансной частоты [8] не может уловить геометрическую форму полости резонатора и его шейки, так как она получена с использованием модели сосредоточенной массы. Также не учитывается эффект среднего потока. Установлено, что асимметрия шейки влияет на резонансные частоты как для прямоугольных, так и для цилиндрических резонаторов [9]. Мерсье и др. [10] подтвердили критическую роль формы шейки в влиянии шумоподавляющей способности резонаторов Гельмгольца, проведя теоретический анализ с помощью средств гомогенизации.Механизм гашения шума в основном обусловлен термовязкостным эффектом [11] и / или образованием вихрей. В зависимости от амплитуды звука, падающего на резонатор, может быть задействовано нелинейное демпфирование [12]. Для достижения оптимального гашения шума ожидается акустический резонанс, при котором большой объем рабочей жидкости в полости периодически расширяется и сжимается. Это означает, что при изменении конструкции полости резонатора резонансная частота и эффективная ширина полосы затем меняются.Это подтверждается расширением шейки в полость [13] или заполнением пористыми материалами полости резонатора [14]. Однако ожидается альтернативная модификация конструкции. Это частично мотивировало настоящую работу.

Два или более резонатора Гельмгольца могут быть применены для расширения эффективного частотного диапазона на практике. Тан и Сириньяно [15] вывели обобщенную теоретическую модель для предсказания демпфирующих характеристик обычного резонатора Гельмгольца. Установлено, что длинный демпфирующий резонатор не следует применять в практических конструкциях.Ли и Ченг [16] разработали обобщенную модель для изучения акустического отклика массива резонаторов Гельмгольца, соединенного с кожухом. Получена частотная формула, которую можно использовать для определения отклонения в нестандартных и проектных условиях. Гриффин и др. [17] экспериментально изучают характеристики ослабления шума механически связанных резонаторов Гельмгольца. Обнаружено, что более широкая полоса пропускания достижима. Подобные связанные резонаторы Гельмгольца теоретически и экспериментально изучаются Йоханссоном и Клейнером [18].Xu et al. [19] предлагают и испытывают два связанных резонатора Гельмгольца в конфигурации шейка-полость-шейка-полость. Установлено, что геометрическая форма резонатора 2 и мало влияет на резонансные частоты. Однако увеличение длины шейки резонатора 2 и приводит к уменьшению резонансных частот. Подобная конфигурация связанных резонаторов Гельмгольца предложена Каем и Маком [20]. Достигается более широкая полоса пропускания. Слэйтон и Нисикава [21] предлагают установить два резонатора Гельмгольца коаксиально на цилиндрической части из-за наличия среднего потока с низким числом Маха.Обнаружено, что 90-градусный изгиб шейки резонатора мало влияет на изменение аэроакустической демпфирующей характеристики резонаторной сети.

Аэроакустические характеристики демпфирования обычного резонатора Гельмгольца могут быть улучшены путем создания вибрирующей боковой стенки или задней стенки его полости. Nudehi et al. [22] спроектировали и испытали резонатор Гельмгольца с гибкой задней пластиной. Обнаружены множественные резонансные пики по сравнению с одиночным пиком обычного резонатора с жесткой задней пластиной.Идея применения гибкой пластины была принята Чжао [23] для изучения характеристик потерь при передаче в цепи резонаторов Гельмгольца с параллельной связью. Дальнейшее применение настраиваемой задней пластины оценивается Zhang et al. [24], чтобы минимизировать вызванные сгоранием периодические шумы в камере сгорания с трубкой Рийке. Достигнут уровень звукового давления 50 дБ. Перестраиваемый резонатор хорошо работает даже в нестандартных условиях [23, 24]. В промышленных двигателях средний выпадающий поток является горячим. Это влияет на характеристики акустического демпфирования резонаторов Гельмгольца.Чосич и др. [25] экспериментально изучают характеристики гашения акустического шума резонаторов Гельмгольца, когда скользящий и охлаждающий потоки имеют разницу температур между ними. Установлено, что разница температур сильно влияет на резонансную частоту резонатора и его характеристики гашения шума.

Проведены обширные теоретические, экспериментальные [26, 27] и численные исследования [28] характеристик шумоподавления резонаторов Гельмгольца различной геометрической формы или путем введения дополнительных компонентов [13, 14, 26–28].Ян и др. [29] провели экспериментальные измерения акустического импеданса резонатора Гельмгольца. Его горловина наполнена перфорированной керамикой. Обнаружены более высокий коэффициент поглощения мощности и более широкий эффективный частотный диапазон. В общем, вышеуказанные исследования проводятся для улучшения характеристик гашения акустического шума и / или расширения эффективных частотных диапазонов резонаторов Гельмгольца. Продолжаются обширные исследования для достижения оптимальной или лучшей конструкции резонатора Гельмгольца.Это частично послужило мотивацией для настоящего исследования.

В данной работе предлагается и систематически исследуется прямоугольный резонатор Гельмгольца с закрепленной внутри его полости жесткой перегородкой. Резонатор установлен на прямоугольном канале со средним скользящим потоком. Для этого 2D численные исследования выполняются в частотной области путем определения решений линеаризованных уравнений НС (Навье-Стокса). Это делается с помощью COMSOL 5.4. В разделе 2.1 описаны система уравнений и 2D-модель.Оцениваются доминирующие переменные. Эти параметры включают (1) геометрическую ширину жесткой перегородки, (2) ее относительную высоту / расположение в полости, (3) конфигурацию реализации жесткой перегородки (то есть, прикрепленную к левой или правой боковой стенке), (4) число Маха скользящего потока и (5) форма шейки. В разделе 2.2 сначала проверяется численная 2D-модель. Это достигается сравнительным анализом имеющихся экспериментальных данных. В разделе 3 затем модифицируется двухмерная модель, которая используется для изучения характеристик шумоподавления спроектированного резонатора Гельмгольца.Эти воздействия выявленных 5 проектных параметров сравниваются и обсуждаются. Основные выводы кратко изложены в Разделе 4.

2. Описание модели и валидационные исследования
2.1. Описание уравнений системы

В данной работе рассматривается двумерная прямоугольная труба с реализованным прямоугольным резонатором Гельмгольца (HR). Это схематично показано на рисунке 1. HR реализован в осевом направлении на. Существует средний поток в воздуховоде [28] с числом Маха.Он также известен как пастбищный поток. Воздушный поток считается сжимаемым и вязким. Таким образом, уравнения НС могут быть линеаризованы и быть определяющими в частотной области. Размеры смоделированной прямоугольной трубы с использованием HR [1] приведены в таблице 1. Физические размеры и геометрическая форма точно такие же, как у экспериментальной в [1]. [1].

Система состоит из законы сохранения массы, импульса и энергии [1, 8]. Предполагается, что рабочий воздух ведет себя как идеальный газ. Молекулярная диффузия тепла и силы тяжести не учитываются (т. Е. И). Эти определяющие уравнения затем задаются во временной области как где вязкое напряжение определяется как.,, и обозначают мгновенные переменные плотности, вектора скорости и давления; обозначает скорость звука. — отношение удельной теплоты воздуха.

Уравнение термодинамического состояния также выполняется как. Сжимаемые уравнения Навье-Стокса, то есть уравнения (1) — (3), могут быть линеаризованы для получения основных акустических уравнений. Предполагается, что мгновенные переменные состоят из среднего значения и колеблющейся части. В физике это означает, что флуктуация малой амплитуды (обозначенная штрихом) накладывается на поле среднего потока (обозначено чертой сверху).В математике это означает, что

Пульсирующая часть плотности воздуха, скорости потока и давления может быть выражена в терминах разложения в ряд Фурье как

Предполагается, что эти величины,, и являются малым порядком, где и — средняя скорость звука. Обратите внимание, что средняя часть переменных потока удовлетворяет непрерывности массы, количества движения и энергии. Верхняя часть в уравнении (5) обозначает параметр потока в частотной области.

Подстановка уравнения (4) в уравнения (1) — (3) дает

Уравнения (6) — (8) описывают пространственно-временную эволюцию флуктуирующих величин, и.Обратите внимание, что колебания давления выбраны в качестве примитивной переменной в уравнении энергии (Уравнение (8)). Кроме того, исходный член уравнения (8) связан с молекулярными напряжениями. Сохранение линеаризованной массы (уравнение (6)) необходимо для дальнейшего упрощения линеаризованного импульса (уравнение (7)). При проведении линеаризации можно пренебречь членами второго порядка. К ним относится термин, характеризующий турбулентность. Подстановка уравнения (5) в уравнения (6) — (8) и исключение общего множителя приводит к линеаризованным уравнениям Навье-Стокса в частотной области как

Эти уравнения (9) — (11) в частотной области итеративно определяются с помощью COMSOL 5.4. В данном случае применимы прямой решатель UMFPACK (набор процедур для решения несимметричных разреженных систем) и модель турбулентности переноса сдвигового напряжения (SST) Ментера из-за незначительного потока в воздуховоде / скользящем потоке, поскольку он вводит гораздо меньшую числовую диффузию и приводит к лучший прогноз вихревой вязкости. Модель SST представляет собой комбинацию k-модели в набегающем потоке и k-модели вблизи твердой поверхности канала, чтобы детально уловить затухание турбулентности.

Неструктурированные сетки показаны на рисунке 2.Сначала проводится исследование независимости сетки. Чтобы лучше улавливать вихри и сдвиговый слой на участках соединения шейки воздуховода, выбрана более мелкая сетка с 1 260 360 ячейками. Выбранной сетки достаточно для сравнения текущих прогнозов с доступными (экспериментальными) данными в [1,2]. [26–28]. Сравнительный анализ (т. Е. Валидация) описан в разделе 2.2. Шаг частоты установлен на 5 Гц и остается неизменным во всех случаях моделирования. Будет подтверждено, что шаг частоты достаточно мал для получения хороших решений.Обратите внимание, что шаг может быть уменьшен. Однако небольшой шаг частоты приводит к значительному увеличению времени и стоимости вычислений. Между тем обнаружено, что меньший шаг незначительно влияет на изменение потерь передачи [21, 22]. Следовательно, шаг частоты установлен на 5 Гц.

Плоские бегущие волны [23–26] распространяются по каналу, а затем проходят через HR. Граничные условия для обоих концов воздуховода установлены как PML (идеально согласованный слой). Чтобы охарактеризовать затухание шума HR [30, 31], TL (потери передачи) определяется как где обозначает падающие плоские волны, а — прошедшая волна в верхнем и нижнем потоках соответственно.Стоит отметить, что на практике TL экспериментально определяется с помощью классического TMT (двухмикрофонная методика). Это может быть связано с коэффициентом звукопоглощения, который является альтернативным параметром, широко используемым для определения характеристик шумоподавления резонаторов Гельмгольца [32, 33].

2.2. Проверочные исследования

Для тестирования разработанной модели сравнительные исследования проводятся на двухмерном прямоугольном воздуховоде, так как присутствует скользящий средний поток и реализован обычный резонатор Гельмгольца.Затем наши численные предсказания сравниваются с экспериментальными данными, доступными в [5]. [1] и результаты трехмерного моделирования цилиндрического канала и цилиндрического резонатора. Обратите внимание, что все переменные в текущих численных исследованиях выбраны такими же, как и в экспериментальных исследованиях, например, геометрия и физические размеры HR и воздуховода, а также условия скользящего потока. Чтобы соответствовать экспериментальным измерениям, исследуемый частотный диапазон установлен в пределах от 50 до 250 Гц.На рисунке 3 показано сравнение потерь передачи, изменяющихся в зависимости от частоты звука, между настоящим численным трехмерным моделированием во временной области (STAR-CD, ссылка [1]) и экспериментальными результатами, поскольку число Маха скользящего потока установлено на 3 различных значения. Видно, что для заданного в целом получено хорошее согласие между численным, трехмерным моделированием и экспериментальными результатами. По мере увеличения числа Маха скользящего потока максимальные потери при передаче резко снижаются.Соответствующая резонансная частота сдвигается от 88 Гц до примерно 100 Гц, а также увеличивается от 0 до 0,1. Это исследование показывает, что разработанный численный инструмент применим для оценки характеристик акустического затухания HR (резонатора Гельмгольца) [34, 35], поскольку имеется скользящий средний поток.

Для улучшения аэроакустических демпфирующих характеристик резонатора Гельмгольца предлагается реализация жесткой перегородки фиксированной толщины [36, 37]. Есть 2 конфигурации реализации: (i) Конфиг.1: жесткая перегородка прикреплена к правой боковой стенке резонатора (ii) Конфиг. 2: жесткая перегородка прикреплена к левой боковой стенке резонатора

В традиционной конструкции (т.е.) существует 3 различных конфигурации. На рис. 4 показано сравнение потерь передачи с жесткой перегородкой того же размера, реализованной в этих различных конфигурациях. Выявлено, что для заданного (т. Е. Числа Маха скользящего потока) потери при передаче обычно не зависят от конфигурации реализации.Дальнейшее наблюдение показывает, что использование жесткой перегородки с учетом потерь при передаче по сравнению с обычным резонатором Гельмгольца не улучшает. Это показывает, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы пролить свет на размеры и геометрическое расположение жесткой перегородки. Это резюмируется и подробно обсуждается позже.

3. Результаты и обсуждение комментариев
3.1. Эффект от реализации жесткой перегородки

При проверке модели резонатор Гельмгольца с жесткой перегородкой, прикрепленной к правой боковой стенке, численно исследуется, поскольку число Маха скользящего потока установлено на 4 различных значения.На рис. 5 показаны потери передачи, изменяющиеся в зависимости от частоты нагнетания для заданного значения, поскольку жесткая перегородка прикреплена в 3 разных местах, то есть,, и. Можно видеть, что изменение не приводит к резкому изменению потерь передачи, если установлено значение 0, 0,07 и 0,1. Однако использование жесткой перегородки приводит к небольшому увеличению доминирующей резонансной частоты при. Однако глобальные максимальные потери передачи не изменяются. Кроме того, более пристальное наблюдение показывает, что увеличение приводит к резкому увеличению доминирующего значения для указанного.Обнаружено, что глобальные максимальные потери при передаче резко снижаются, поскольку они варьируются от 0 до 0,1.

Влияние длины жесткой перегородки на потери при передаче оценено и суммировано на Рисунке 6. На нем показано изменение потерь при передаче в зависимости от частоты нагнетания для заданного значения, поскольку жесткая перегородка прикреплена с тремя разными ширинами, т. Е. , , а также . Также проводится сравнение с резонансной частотой обычного резонатора Гельмгольца (т.е.), обозначенной зеленой пунктирной линией.Видно, что есть два локальных пика потерь при передаче, когда длина жесткой перегородки увеличивается до 0,75. Он показывает, что использование жесткой перегородки длиной 30 мм расширяет эффективный частотный диапазон резонатора за счет введения одного дополнительного пика потерь при передаче на частоте около 400 Гц. Соответствующие вторичные максимальные потери передачи составляют примерно 12 дБ. При увеличении от 0 до 0,10 глобальный максимум TL (потери передачи) значительно уменьшается. Кроме того, более пристальное рассмотрение рисунков 6 (c) и 6 (d) показывает, что увеличение L p / D r от 0.От 25 до 0,75 приводит к небольшому увеличению глобальных максимальных потерь передачи. Однако доминирующий пик на частоте около 100 Гц более «сглажен». Это особенно верно в отношении, как показано на Рисунке 6 (d).

Чтобы пролить свет на физику, стоящую за двумя пиками потерь при передаче, фиксируются контуры завихренности и контуры скорости, поскольку жесткая перегородка прикреплена, но с 3 разными. Они проиллюстрированы на рисунке 7 как. Очевидно, что при движении по часовой стрелке большой вихрь заблокирован в полости резонатора, как показано на рисунках 7 (a), 7 (b), 7 (d) и 7 (e).Однако когда двойные вихри, вращающиеся в противоположных направлениях, блокируются в полости под жесткой перегородкой, которая является частью полости исходного резонатора. Другими словами, жесткая перегородка действует как «задняя стенка» «меньшей резонансной полости». В полости над жесткой перегородкой нет четкого наблюдения за каким-либо завихрением захвата, как показано на рисунках 7 (c) и 7 (f). Как правило, пик потерь передачи 2 и возникает из-за модификации конструкции, то есть введения жесткой перегородки.Взаимодействие между модифицированной структурой и падающим звуком приводит к генерации множественных резонансных пиков в спектре потерь при передаче, как показано на рисунке 6.

3.2. Влияние числа Маха скользящего потока

Влияние числа Маха скользящего потока на аэроакустические характеристики демпфирования [3, 38–40] модифицированного резонатора Гельмгольца теперь оценивается и обсуждается. Рисунок 8 иллюстрирует поведение модифицированного демпфирования резонатора в интересующем диапазоне частот, когда жесткая перегородка прикреплена, но для его ширины установлено 3 различных значения.Видно, что при наличии только одного пика TL (потерь передачи) в исследуемом диапазоне частот. Однако наблюдается еще один пик, так как. При увеличении от 0 до 0,1 глобальный TL max уменьшается для данного. Это означает, что незначительный скользящий поток ухудшает акустический эффект демпфирования резонатора Гельмгольца модифицированной конструкции. Кроме того, один дополнительный пик потерь при передаче получается на частоте около 400 Гц, когда. Этот дополнительный пик с точки зрения максимального значения и соответствующей резонансной частоты не зависит от.

На рисунке 9 показана тенденция изменения глобального максимума TL в зависимости от места реализации и установки ширины жесткой перегородки. Это показывает, что при наличии скользящего потока с низким числом Маха, т.е. действительно влияет на характеристики акустического затухания модифицированного резонатора Гельмгольца [33, 41]. Однако при увеличении значения выше 0,05 обнаружено, что присоединенное место играет незначительную роль в влиянии на характеристики демпфирования резонатора. Скорее всего, это связано с тем, что механизм затухания вихрей основан на резонансе всей полости резонатора [41, 42], так как скользящий поток не незначителен ().Это четко показано на рисунках 7 (b) и 7 (e). As, жесткая перегородка не вносит значительного вклада в характеристики акустического демпфирования в присутствии скользящего потока с большим числом Маха.


3.3. Эффект от конфигураций реализации

Жесткая перегородка может быть реализована в 2 различных конфигурациях, то есть крепиться к левой или правой боковой стенке резонатора. Эти конфигурации схематично показаны на рисунке 1 и описаны в разделе 2.2. Эффекты этих конфигураций реализации оцениваются и сравниваются, поскольку установлено 4 различных значения. На рисунке 10 показаны характеристики TL (потери передачи) модифицированного резонатора Гельмгольца с частотой as, и жесткая перегородка, реализованная в 2 различных конфигурациях. Можно видеть, что конфигурации реализации играют незначительную роль в влиянии на потери передачи, особенно когда. Когда число Маха скользящего потока увеличивается до, доминирующая резонансная частота, соответствующая Config.2 примерно на 10 Гц больше, чем у Config. 1. Однако вторичная резонансная частота практически не изменяется, независимо от того, к какой боковой стенке прикреплена жесткая перегородка. Кроме того, разница локальных максимальных потерь передачи (соответствующих 2 локальным пикам) между двумя конфигурациями реализации составляет менее 2,0 дБ.

Чтобы осветить доминирующую и вторичную резонансные частоты и соответствующую максимальную разность потерь при передаче (см. Рисунок 11 (d)), рассчитываются контуры акустического давления резонатора Гельмгольца с установленной жесткой перегородкой.Контуры акустического давления на доминирующей резонансной частоте показаны на рисунках 12 (a) и 12 (b), когда жесткая перегородка прикреплена к правой и левой боковой стенке, соответственно, в то время как контуры вторичной резонансной частоты показаны на рисунках 12 (c ) и 12 (г).

Видно, что на доминирующей резонансной частоте, см. Рисунки 12 (a) и 12 (b), в резонансной шейке генерируется вихревой выход. Однако никакого завихрения в полости не наблюдается, и полость является «резонансной», так как перегородка отсутствовала.Скорее всего, это связано с более низкой частотой и большей длиной волны. Однако, когда резонансная частота увеличивается примерно до 410 Гц, как показано на рисунках 12 (c) и 12 (d), резонатор становится «резонансным», как два соединенных [43–45], но разделенных полостей с меньшим объемом из-за наличие перегородки. Это может быть основной физикой, лежащей в основе улучшения пиковых характеристик потерь при передаче на 1-2 дБ, как показано на рисунке 11 (d), и генерации пика потерь при передаче на высоких частотах.

3.4. Влияние формы шейки модифицированного резонатора Гельмгольца

Предлагается дальнейшая конструкция модифицированного резонатора путем изменения формы шейки. Здесь мы предлагаем и тестируем 1 дополнительную форму с видом в поперечном сечении дугообразной формы «» в дополнение к традиционной форме шейки резонатора, т.е. На рисунке 13 показана расчетная неструктурированная сетка резонатора Гельмгольца, моделируемого в 2D [28], с дугообразной шейкой и жесткой перегородкой. Общее количество ячеек 960219.


На рисунке 10 показаны характеристики потерь при передаче дугообразного резонатора Гельмгольца с установленной жесткой перегородкой. Его характеристики при различных числах Маха оцениваются и сравниваются с характеристиками резонатора традиционной формы. Можно видеть, что резонансная частота в Гц, соответствующая доминирующему пику TL (потерь передачи), в целом увеличивается, как показано на рисунках 10 (a) –10 (c). Например, наблюдается увеличение резонансной частоты на 20%, как показано на Рисунке 10 (c).Кроме того, локальные максимальные потери передачи на вторичном пике увеличиваются примерно на 2-5 дБ. Это означает, что изменение структуры резонатора Гельмгольца, такой как форма шейки, или установка жесткой перегородки приводит к сдвигу резонансной частоты и улучшению пиков вторичных потерь при передаче. Улучшение, скорее всего, связано с увеличением эквивалентной площади поперечного сечения шейки резонатора с формой дуги. Они полезны при создании эффективного резонатора Гельмгольца с более широким частотным диапазоном и большим акустическим демпфирующим эффектом [46, 47].

4. Выводы

Экспериментальные и численные двумерные исследования проведены на канале холодного течения с реализованным резонатором Гельмгольца (HR). Средний поток вынужден проходить по касательной над ЧСС. Он также известен как пастбищный поток. Число Маха скользящего потока переменное (). В отличие от обычного, модифицированный резонатор имеет прикрепленную жесткую перегородку. Здесь жесткая перегородка может быть прикреплена в 2 различных конфигурациях, то есть прикреплена к левой боковой стенке или правой боковой стенке с учетом направления потока в воздуховоде.Оцениваются пять основных переменных. Эти идентифицированные переменные включают (1) ширину жесткой перегородки, (2) расположение / высоту реализации перегородки, (3) число Маха скользящего потока, (4) конфигурации реализации и (5) форму горловины. Прежде чем применять модель для прогнозирования характеристик потерь при передаче модифицированных резонаторов, сначала проводится сравнительный анализ имеющихся экспериментальных и трехмерных численных данных. Достигается хорошее совпадение, поскольку значение изменяется от 0 до 0,1. Затем модель используется для оценки акустических характеристик ослабления модифицированного резонатора с прикрепленной жесткой перегородкой, так как поток в воздуховоде незначителен.Основные результаты текущего расследования резюмируются следующим образом: (i) Когда число Маха скользящего потока мало (), установлено, что расположение жесткой перегородки влияет на потери передачи модифицированного резонатора Гельмгольца. (ii) При наличии незначительного скользящего потока или жесткой перегородки Теоретическая формула не может определить резонансную частоту модифицированного резонатора Гельмгольца. (iii) Поскольку число Маха потока в воздуховоде выше 0,07, и установлено, что расположение жесткой перегородки играет незначительную роль в влиянии на потери передачи модифицированного резонатора. Резонатор Гельмгольца (iv) Увеличение числа Маха потока в воздуховоде приводит к ухудшению эффекта акустического затухания модифицированного резонатора в целом (v) Когда ширина жесткой перегородки увеличивается до, наблюдаются два пика потерь передачи на двух разных частотах. .Скорее всего, это связано с падающим звуком и взаимодействием конструкции. Показано, что число Маха скользящего потока сильно влияет на доминирующий пик потерь передачи. (Vi) Вторичный пик потерь передачи на более высокой частоте оказывается неизменным, поскольку скользящий поток изменяется. Изолинии характеристик потока показывают, что более высокочастотный пик генерируется из-за «двойного» вихря, который заблокирован в меньшей полости, образованной жесткой перегородкой и горловиной. (Vii) Поскольку ширина жесткой перегородки меньше, оптимальное число Маха скользящего потока, которое приводит к большим глобальным максимальным потерям при передаче. (viii) Изменение формы шейки с обычной на дуговую приводит к увеличению доминирующей резонансной частоты примерно на 20%.Пик вторичных потерь передачи увеличивается на 2-5 дБ. Это связано с увеличенной эквивалентной площадью поперечного сечения шейки дугообразного резонатора

В целом в настоящей работе систематически исследуется усовершенствованная конструкция резонатора Гельмгольца с дополнительным пиком потерь передачи на высокой частоте, помимо доминирующего пика. на низкой частоте. Предлагается, как улучшить пик потерь передачи на высокой частоте. Установлено, что при изменении формы шейки резонатора с обычной формы на угловую — «» можно добиться увеличения потерь передачи на 5-10 дБ.

Доступность данных

Данные будут доступны по обоснованному запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа финансируется Сингапурским национальным исследовательским фондом (канцелярия премьер-министра), NRF2016NRF-NSFC001-102 и Кентерберийским университетом, Новая Зеландия, грантом № 452STUPDZ. Выражаем благодарность за эту финансовую поддержку.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2019 © Все права защищены. Карта сайта

Параметры Значения Параметры Значения

0.См
0,0404 м 101325 Па
0,1532 м
24.42 см 297 K
5,04 см
Re () ≥3200