Análise de sistemas reativos para controle de ruído em dutos pelo método dos elementos finitos

• Main Author: Alexander Mattioli Pasqual
• Other Authors: Marco Antonio de Mendonca Vecci
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2005
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8CJG93

=== Exhaust systems of internal combustion engines are one of the main noise sources in the urban environment. In order to reduce the sound levels generated by such equipment, expansion chambers are usually employed once they are a type of reactive mufflers. For the prediction of expansion chambers acoustic performance, one-dimensional mathematical models have had wide acceptance, but they do not consider the effects of higher order modes propagation and mean flow through the ducts. Once practical mufflers generally have large cross-sectionals dimensions, complicated geometry and are subjected to non-uniform mean flow, it is well known that such effects cause anoticeable difference between the results from one-dimensional analysis and experimental data. In this work, the transmission loss for different circular expansion chambers configurations was computed by using the finite element method (FEM). In order to evaluate both the acoustic and mean flow variables, a FEM software was developed. The finite element equations were obtained by the Galerkins method for the axisymmetric condition and irrotational mean flows. Predicted values of transmissionloss of a simple expansion chamber without and with mean flow were compared. Then, the effects due to the presence of extended inlet/outlet tubes were computed, as well as the presence of a rigid baffle in the center of the chamber. In addiction, some of these numerical results were compared with one-dimensional analytical solutions. It is shown that acoustic attenuation performance can be drastically modified by adding extended inlet/outlet ducts and/or a centered baffle in the chamber. The presence of an irrotational mean flow can also affect the acoustic performance. It is suggested that a complicated geometry tends to be more sensitive to the mean flow, while the transmission loss for chambers with simple regular geometry is not affected by the mean flow, which can be neglected === Os sistemas para exaustão de gases de motores de combustão interna são umas das principais fontes sonoras em ambientes urbanos. A fim de reduzir o ruído gerado por tais equipamentos, câmaras de expansão são geralmente utilizadas por serem atenuadores reativos de ruído. Para a avaliação do desempenho acústico de câmaras de expansão, modelos matemáticos unidimensionais têm sido amplamente utilizados, mas estes não consideram os efeitos que a propagação de modos acústicos superiores e o escoamentode gases pelos dutos exercem sobre o comportamento acústico do sistema. Posto que os atenuadores reais geralmente apresentam dimensões transversais relativamente grandes, configurações geométricas complexas e são submetidos a escoamentos não uniformes em seu interior, sabe-se que tais efeitos provocam uma diferença significativa entre os resultados obtidos através de análises unidimensionais e os dados experimentais. Neste trabalho, o método dos elementos finitos (MEF) foi utilizado para avaliar a perda por transmissão apresentada por diversas configurações de câmaras de expansão. Para o cálculo das variáveis referentes ao escoamento e à propagação sonora, foi desenvolvido um programa computacional baseado no MEF. As equações algébricas foram obtidas utilizando o método de Galerkin considerando simetria axial e escoamento irrotacional. Os valores da perda por transmissão em uma câmara de expansão simples com e sem escoamento foram comparados. Então, os efeitos devido à utilização de extremidades estendidas e à inserção de uma placa rígida no centro da câmara foram avaliados. Além disso, alguns resultados numéricos foram comparados com modelos unidimensionais. Observou-se que o desempenho acústico pode ser drasticamente alterado pela existência de extremidades estendidas e/ou de uma placa no centro da câmara. A presença de escoamentos irrotacionais também afeta o desempenho acústico. Os resultados sugerem que configurações geométricas complexas tendem a ser mais sensíveis ao escoamento, enquanto que a perda por transmissão em câmaras geometricamente simples não é modificada pelo escoamento, o qual pode ser desprezado