柴油机微粒捕集器声学特性仿真及优化

摘要

随着柴油机的广泛应用，对微粒捕集器的需求也日益增加。微粒捕集器不仅能够降低发动机排气中的碳烟含量，而且由于其多孔介质特性，因此还具有一定的消声能力。目前，对微粒捕集器声学特性的研究还比较少，因此，采用一种可靠的方法，研究声波在微粒捕集器中的传播规律，对微粒捕集器的声学特性进行仿真预测，具有十分重要的现实意义。
　　本文首先对声学计算的基本理论进行简单介绍，推导了一维声波方程和三维声波方程的表达式，分析了声学计算中三种常用方法，对传递矩阵法和电-声类比方法在声学计算中的应用进行了详细介绍。
　　其次，以Virtual Lab为主要工具，将一维传递矩阵法和声学有限元法相结合，计算微粒捕集器的声压分布、传递损失和插入损失。通过Virtual Lab计算出简化的微粒捕集器模型的进出口声压，计算得到微粒捕集器的传递矩阵。根据微粒捕集器的传递损失计算公式计算出微粒捕集器的传递损失，根据所建立的插入损失计算模型计算出微粒捕集器的插入损失。
　　计算结果表明：微粒捕集器的传递损失呈明显的波峰波谷状态，在频率为560Hz时传递损失具有最小值-1.8dB，说明此时微粒捕集器对排气系统的噪声起到了增强的作用，当频率为3000Hz时，传递损失达到最大为18.7dB。随着频率的升高，传递损失的波峰与波谷值都逐渐升高，说明微粒捕集器对中高频噪声具有比较好的消声效果。原机微粒捕集器的插入损失整体分布在10dB-35dB之间，并且随频率升高而逐渐增大，印证了传递损失的计算结果。将仿真得到的传递损失计算结果与实验数据相比对，验证了仿真模型的可靠性。
　　最后，根据所建微粒捕集器声学模型，分析结构参数改变对捕集器声学特性的影响，并对原微粒捕集器进行优化设计。主要改变包括孔道形状、过滤体孔隙率、孔道边长、过滤层厚度、过滤体长径比。计算结果表明：采用进八出方和方形不对称孔道、增大孔隙率、减小孔道边长、增大过滤层厚度、提高过滤体长径比都能够提高微粒捕集器的消声能力。设计优化方案是捕集器孔道形状为方形不对称、长径比增至1.2，计算结果表明，优化方案相比原机微粒捕集器传递损失提高了约2-3dB，插入损失整体提高了约6-7dB，最高值达到39dB。

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第1章 绪论

1.1 噪声及其危害

1.2 研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 声学计算理论基础

2.1 声学基本理论

2.2 声波方程

2.3 声学计算方法

2.4 声传递矩阵

2.5 本章小结

第3章 微粒捕集器建模及声学特性仿真分析

3.1Virtual. LabAcoustics软件

3.2 微粒捕集器模型的建立

3.3 过滤层属性

3.4 微粒捕集器声学特性仿真

3.5 微粒捕集器流场计算分析

3.6 微粒捕集器传递损失试验研究

3.7 本章小结

第4章 结构参数对微粒捕集器声学特性影响分析及优化

4.1 孔道形状对微粒捕集器声学特性影响

4.2 孔隙率对微粒捕集器声学特性影响

4.3 孔道边长对微粒捕集器声学特性影响

4.4 过滤层厚度对微粒捕集器声学特性影响

4.5 长径比对微粒捕集器声学特性影响

4.6 微粒捕集器声学特性优化

4.7 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文