双模式消声器性能研究

摘要

消声器是控制汽车排气噪声的关键装置。为保证较好的消声效果，消声器结构往往比较复杂，容易引起排气不畅，使得发动机排气背压升高，功率损失增大，降低汽车燃油经济性；在汽车高转速时，排气气流流速较大，消声器复杂的结构容易产生较大的气流再生噪声。双模式消声器低转速时阀门关闭，具有较好的消声性能；高转速时阀门打开，有助于降低压力损失，减小气流再生噪声，平衡声学性能和气体动力性能的矛盾，提升汽车NVH（Noise、Vibration、Harshness）性能。　　首先，为研究双模式消声器在不同阀门开度下的消声性能，通过消声器试验台架，采用双负载法测量了不同阀门开度下消声器传递损失。试验结果表明不同阀门开度下传递损失趋势基本一致，但随着阀门开度的增加，消声量逐渐降低且传递损失有向高频移动的趋势。　　其次，为研究双模式消声器气流再生噪声，采用双传声器传递函数法和消声器静态传递损失法，测量了阀门关闭和完全开启两种状态下消声器出口端气流再生噪声入射声功率级和尾管噪声。结果表明，相比阀门关闭，阀门完全开启时消声器出口端气流再生噪声入射声功率级和尾管噪声均降低，直接证明了双模式消声器有助于降低气流再生噪声。基于宽频噪声源模型进行气动噪声仿真计算，获得了消声器内部声功率级分布。结果表明，随着阀门开度的增加，消声器内部声功率级逐渐下降。　　然后，为研究双模式消声器不同阀门开度下气体动力性能，测量了不同进口流速下消声器排气背压和压力损失。结果表明，消声器排气背压和压力损失随着阀门开度的增加而减小。通过 Fluent 对消声器进行流场仿真，得到了消声器内部压力、气流流速以及湍动能分布。结果表明，消声器内部压力、气流流速以及湍动能随着阀门开度的增加而减小。阀门开启有助于改善消声器流场性能，在开启初期对消声器流场的改善效果明显，随着阀门开度的增加而继续改善的幅度渐小。　　然后，为研究双模式消声器在实际工况下的性能，通过冷流试验获得了消声器进口气流流速和阀门动态开度的关系，测量了实际工况下消声器排气背压、压力损失以及尾管噪声。结果表明，双模式消声器在实际工况下阀门开度不会很大，但相比阀门关闭状态，实际工况下消声器排气背压、压力损失以及尾管噪声均降低。基于试验结果进行了流场和气动噪声仿真分析，获得了消声器压力、速度、湍动能和声功率级分布。结果表明，相比阀门关闭，实际工况下消声器压力、气流流速、湍动能以及声功率级更低。　　最后对一款双模式消声器进行了流场和声学性能分析并针对其存在的不足进行了结构改进，对比改进前后消声器阀门关闭和完全开启两种状态下流场和声学性能，结果表明改进是有效的。

目录

1 绪 论

1.1 论文研究背景及意义

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.2.3 阀门概述

1.3 本文主要研究内容

2 流场与气动噪声数值分析理论

2.1.1 流体力学控制方程组

2.1.2 湍流的数值模拟方法

2.1.3 湍流模型

2.1.4 近壁处理

2.1.5 数值计算方法

2.2.1 气流再生噪声产生原理

2.2.2 气动噪声数值计算基本原理

3 双模式消声器性能试验研究

3.1.1 消声器性能试验台架

3.1.2消声器性能台架试验技术

3.2 阀门开度对传递损的影响研究

3.2.1 试验方案

3.2.2 试验过程

3.2.3 试验结果及分析

3.3 阀门开度对气体动力性能的影响研究

3.3.1试验方案

3.3.1测试过程

3.2.2测试结果及分析

3.4 气流再生噪声研究

3.4.1 试验方案

3.4.2 采样装置及误差分析

3.4.3 气流本底噪声分析

3.4.4 试验结果分析

3.5 基于阀门实际工况的研究

3.5.1 实际工况下阀门开度测量

3.5.2 尾管噪声测试

3.5.3 空气动力性能测试

3.6 本章小结

4 双模式消声器性能仿真分析

4.1.1 几何模型建立

4.1.2 网格划分

4.1.3 假设及边界条件

4.1.4 收敛条件判断

4.2 仿真结果分析

4.2.1 压力分布

4.2.2 速度分布

4.2.3 湍动能分布

4.3 基于宽频噪声源模型的气动噪声计算

4.4 基于实际工况仿真分析

4.5 本章小结

5 双模式消声器性能分析与改进

5.1.1 声学性能分析

5.1.2 气体动力性能分析

5.2.1 双模式消声器改进方案

5.2.2 消声器改进后的性能分析

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1论文主要结论

6.2 后续研究展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果

B. 学位论文数据集

致谢