Modellazione fluidodinamica 1D di silenziatori e previsione del rumore irradiato dai motori a combustione interna

In this paper we study the behavior of Gasdyn software with regard to the modeling of silencers and the prediction of the gasdynamic noise generated by internal combustion engines (i.c.). The Gasdyn code is developed by the research group of i.c. engines of the Energy Department of the Politecnico di Milano, in collaboration with the Exothermia company. The model allows the one-dimensional (1D) simulation of in-stationary and reagent flows. We analyze 11 different types of silencers which are modeled as independent systems and 4 types of engines that include intake and exhaust systems and components such as: air filters, catalysers, silencers, etc. The silencers examined are reactive and/or dissipative and they are simple or with complex geometry. For each of them a brief description of the real and the simulated configuration is given and the noise attenuation curves are calculated in terms of Transmission Loss (TL) or Transfer Function (TF); which are parameters that allow to characterize the silencers’ performances. These curves are then compared with those obtained experimentally. The engines analyzed range from the single cylinder to the four cylinders. For each of them are plotted Campbell diagrams, engine orders and spectra. The irradiated noise is expressed in terms of Sound Pressure Level (SPL). We therefore evaluate the consistency of the results with what is predicted by the theory. Two different boundary conditions are also studied for the modeling of ducts having an open end in the environment: the first one which treats all the flows as they were stationary is compared with the second one which takes into account the effects of the in-stationary flows on the output section. Finally, simple silencers are designed to attenuate the acoustic emission of a three-cylinder engine.

Nel presente lavoro si studia il comportamento del software Gasdyn per quanto concerne la modellazione di silenziatori e la previsione del rumore gasdinamico generato da motori a combustione interna (c.i.) e irradiato in ambiente. Il codice Gasdyn è sviluppato, in collaborazione con la società Exothermia, dal gruppo di ricerca di Motori a c.i. del Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano. Il modello consente la simulazione monodimensionale (1D) di flussi in-stazionari e reagenti. Si analizzano 11 tipologie differenti di silenziatori, modellati come sistemi indipendenti, e 4 tipologie di motori, completi di sistemi di aspirazione e scarico e di componenti quali: filtri dell'aria, catalizzatori, silenziatori, ecc. I silenziatori trattati sono di tipo reattivo e/o dissipativo, semplici o a geometria complessa. Per ognuno di essi viene riportata una breve descrizione della configurazione reale e di quella simulata e vengono calcolate le curve di attenuazione del rumore in termini di Transmission Loss (TL) o Transfer Function (TF), parametri che consentono di caratterizzarne le prestazioni. Tali curve vengono quindi confrontate con quelle ricavate sperimentalmente. I motori analizzati vanno dal monocilindrico al quattro cilindri. Per ciascuno di essi si tracciano i Diagrammi di Campbell, gli ordini motore e gli spettri, per gran parte del campo di funzionamento dei motori. Il rumore irradiato viene espresso in termini di Sound Pressure Level (SPL). Si valuta quindi la coerenza dei risultati con quanto predetto dalla teoria. Vengono inoltre studiate due differenti condizioni al contorno per la modellazione di condotti aventi un'estremità aperta in ambiente: la prima, più semplice, che tratta tutti i flussi come se fossero stazionari, viene confrontata con la seconda, più accurata, che tiene invece conto degli effetti di in-stazionarietà presenti sulla sezione d’uscita. Vengono infine progettati dei silenziatori semplici atti ad attenuare l'emissione acustica di un motore a tre cilindri.