基于CFD的消声器声学及流体动力学性能分析

摘要

噪声对人体健康、环境等都有不同程度的危害。随着我国汽车保有量的不断增加，排气噪声的影响日益突出，针对噪声的法规也越来越严格，安装消声器成为控制排气噪声最经济有效的途径，但由此造成的排气阻力会浪费发动机功率。因此，在消声器设计时应兼顾声学及流体力学特性，获得更优的综合性能。
　　本文以某一简单抗性消声器为例，对比了不同声学及流体力学计算方法，根据计算精度、计算效率确定了三维有限元和三维时域脉冲法结合计算声学特性，计算流体力学方法计算流体力学特性的方案。通过对结构参数不同的多个模型仿真计算，分析了扩张腔长度、扩张腔直径、内插管布置、内插管长度、扩张腔个数、扩张腔分配比例、扩张腔截面连接管布置、进出口偏置、共振式消声器等对消声器声学及流体动力学特性的影响规律。消声器实际工作中有气流通过内部结构，流速对声音在管道内的传播特性会有影响，因此，在获得无流工况下消声器声学特性后，接着分析了不同进气流速下简单抗性消声器、多腔抗性消声器、单腔共振式消声器、共振腔并联式消声器和腔体外部串联式消声器传递损失频率特性的变化，得到进气流速对不同结构消声器的影响程度。
　　本文以某型号发动机为目标，通过实验手段测得其额定转速下排气口测点噪声频谱，提取出对排气噪声有重大贡献的基频阶次噪声，为后续消声器优化提供参考。对原配置消声器建模分析，评价其声学传递损失及压力损失。在保持消声器外部整体尺寸不变的前提下，调整消声器内部结构参数，在改善计算频率范围内消声特性的同时，降低消声器压力损失。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.1 研究的背景、目的和意义

1.2 消声器评价指标

1.3 消声器种类

1.4 国内外研究现状

1.5 本文主要研究内容

第二章 消声器声学及流体动力学理论

2.1 声学理论

2.2 声学研究方法对比

2.3 流体动力学理论

2.4 本章小结

第三章 消声器声学性能分析

3.1 三维时域脉冲法分析过程

3.2 简单扩张腔及插入管消声器声学特性分析

3.3 共振式消声器声学性能分析

3.4 本章小结

第四章 消声器流体动力学性能分析

4.1 单腔消声器压力损失研究

4.2 内插管消声器压力损失

4.3 多腔消声器压力损失

4.4 连接管偏置消声器压力损失

4.5 共振式消声器压力损失

4.6 本章小结

第五章 复杂消声器综合性能分析及优化

5.1 排气频谱测量

5.2 原消声器模型分析

5.3 消声器改进

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 全文展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢