Influencia de la temperatura en dispositivos de control de ruido en la línea de escape de MCIA

Abstract

[ES] En el presente Trabajo Fin de Grado se trata el análisis de la influencia de gradientes térmicos en dispositivos de control de ruido en la línea de escape de MCIAs. En concreto los dispositivos de control de ruido a tratar son silenciadores disipativos perforados, los cuales albergan fibras absorbentes en su interior rodeando el conducto perforado que las separa de la región central de aire. El principal objetivo de este trabajo es realizar un estudio paramétrico para ver la influencia sobre el comportamiento acústico de las elevadas temperaturas que se alcanzan en el interior de los conductos de escape, así como de los considerables gradientes térmicos en dirección axial y radial, y la influencia de las diferentes fibras que se pueden utilizar para disipar ruido. En primer lugar se recogen los principios físicos que dominan el problema y se modela la ecuación de ondas. Por otra parte, se trata la modelización de los materiales absorbentes, su comportamiento acústico y la variación de sus propiedades en función del campo de temperaturas. Además, se modela el conducto perforado mediante su impedancia acústica característica. Ciertos problemas en el mundo ingenieril son difíciles de abarcar de forma analítica debido a su compleja geometría o a propiedades heterogéneas. Esto ocurre con el problema de los silenciadores, es por ello por lo que se propone un enfoque en elementos finitos el cual se formula en presión en la parte del dominio donde se encuentra el material absorbente, mientras que, en la parte del dominio donde se encuentra flujo medio se utiliza una formulación basada en potencial de velocidad. Por este motivo, a esta formulación se le denomina híbrida. Una vez obtenido un modelo del silenciador a tratar se simula mediante Matlab diferentes casos, donde se varía tanto el material absorbente como los gradientes térmicos, con el fin de concluir en que condiciones el comportamiento de este es más efectivo.

[EN] In the present Final Degree Project treats itself the analysis of the influence of thermal gradients in noise control devices in the ICE´s exhaust line. In particular, the noise control devices to be treated are perforated dissipative silencers, which harbor absorbent fibers in their interior surrounding the perforated duct that separates them from the central airway. The main objective of this project is to perform a parametric study to see the influence on the acoustic behavior of the high temperatures reached within the exhaust pipes, as well as the considerable thermal gradients in axial and radial direction, and the influence of the different fibers that can be used to attenuate noise. First, the physical principles that govern the problem are collected and the wave equation is modeled. On the other hand, it deals with the modeling of absorbent materials, their acoustic behaviour and the variation of their properties as a function of the temperature field. In addition, the perforated pipe is modeled by its characteristic acoustic impedance. Certain problems in the engineering world are difficult to approach analitically due to their complex geometry or heterogeneous properties. This happens with silencers and, for this reason, a hybrid finite element approach based on the combination of two different formulations is proposed. In the air subdomain, a pressure formulation is defined, while in the absorbent material region a velocity potential is proposed. Once the model of the silencer to be treated is obtained, different cases are simulated by Matlab, where both the absorbent material and the thermal gradients are varied, in order to conclude in what conditions the behavior of the silencer is more effective.

[CA] En el present Treball Fi de Grau es tracta l'anàlisi de la influència de gradients tèrmics en dispositius de control de soroll en la línia d´escapament de MCIAs. En concret els dispositius de control de soroll a tractar són silenciadors disipatius perforats, els quals alberguen fibres absorbents en el seu interior rodejant el conducte perforat que les separa de la regió central d'aire. El principal objectiu d'este treball és realitzar un estudi paramètric per a veure la influència sobre el comportament acústic de les elevades temperatures que s'aconseguixen en l'interior dels conductes d´escapament, així com dels considerables gradients tèrmics en direcció axial i radial, i la influència de les diferents fibres que es poden utilitzar per a dissipar soroll. En primer lloc s'arrepleguen els principis físics que dominen el problema i es modela l'equació d'ones. D'altra banda, es tracta la modelització dels materials absorbents, el seu comportament acústic i la variació de les seues propietats en funció del camp de temperatures. A més, es modela el conducte perforat per mitjà de la seua impedància acústica característica. Certs problemes en el món ingenieril són difícils de comprendre de forma analítica a causa de la seua complexa geometria o a propietats heterogènies. Açò ocorre amb el problema dels silenciadors, és per això pel que es proposa un enfocament en elements finits el qual es formula en pressió en la part del domini on es troba el material absorbent, mentre que, en la part del domini on es troba flux mitjà s'utilitza una formulació basada en potencial de velocitat. Per este motiu, a esta formulació se li denomina híbrida. Una vegada obtingut un model del silenciador a tractar se simulen per mitjà de Matlab diferents casos, on es varia tant el material absorbent com els gradients tèrmics, a fi de concloure en que condicions el comportament d'este és més efectiu.