Modelado del comportamiento acústico de silenciadores de escape mediante técnicas analíticas y el método de elementos finitos

Abstract

Esta Tesis se centra en el desarrollo de métodos eficaces de diseño acústico de silenciadores de escape, en base a herramientas de tipo analítico y numérico. La problemática asociada al ruido emitido por el parque vehicular ha adquirido una gran importancia en los últimos años debido a la creciente preocupación por la degradación medioambiental, motivo por el que existe un gran incentivo respecto a la definición de técnicas de cálculo rápidas y fiables, con resultados aceptables hasta frecuencias relativamente elevadas. Por ello, se realiza una revisión de los modelos tradicionales de onda plana y la representación matricial asociada. Dichos modelos se han aplicado durante las últimas décadas a la predicción del comportamiento acústico de silenciadores de escape, pero las limitaciones y deficiencias encontradas en esta metodología justifican la necesidad de disponer de herramientas de modelado tridimensional, válidas en un mayor rango de frecuencias y para geometrías de silenciador sin dimensiones predominantes. En primer lugar se considera el método de elementos finitos, que es aplicado a la resolución de la ecuación de ondas convectiva, es decir, con medio de propagación en movimiento. Se presenta la formulación en presión y en potencial de velocidad, esta última especialmente adecuada cuando el campo de flujo medio no es uniforme. Se trata en detalle el modelado de componentes perforados en el interior del silenciador y su interacción con el flujo medio, aspecto que presenta deficiencias importantes en los programas comerciales. También se analiza el efecto de ciertas condiciones de contorno en la predicción de la atenuación acústica del silenciador. De igual manera, se lleva a cabo el desarrollo una técnica de refinamiento h-adaptativo con el fin de obtener mallas con un error controlado para diversos modos y frecuencias naturales considerados simultáneamente. El método de elementos finitos p