乘用车排气消声器考虑压力损失的声学性能优化

摘要

排气噪声作为乘用车的主要噪声源，降低排气噪声对降低整车内/外噪声具有重要意义。降低排气噪声的方法是安装排气消声器，而设计优良的消声性既要具有足够的消声性能又要具有较好的空气动力学性能。　　本文以某乘用车排气消声器为研究对象，通过整车加速通过噪声和定置噪声的测量确定消声器声学性能优化目标；通过空气动力学的仿真分析将对压力损失的约束条件转变为参数的约束范围，确定声学优化的变量范围；采用基于二维声学有限元方法开发的消声器专用优化程序进行了消声器的声学优化，并对优化结果进行了验证，主要工作如下：　　首先，对某乘用车开展了加速噪声和定置噪声的噪声测试，测试分析过程分为三步。第一步，对车辆加速车内/外噪声信号进行了时频分析，发现安装消声器时车外通过噪声和车内噪声较卸下消声器时均有显著降低，从而肯定了消声器在全频段上的平均消声效果。第二步，对比车辆定置状态下安装消声器与卸下消声器时车内/外噪声频谱图，得出消声器中频消声效果不明显的结论。第三步，通过对卸下消声器状态车辆定置时的排气口噪声和车内/外整车噪声进行了相干分析发现，排气口噪声对整车内/外噪声在全频段都有较高贡献。综合说明消声器的中频消声效果有待提高的结论。　　其次，通过有限元仿真计算了消声器的压力损失。采用CFD仿真结合优化超拉丁方实验设计方法分析了气流的压力损失随主要结构参数的变化规律，总结了使消声器压力损失降低的参数范围，由此确定消声器声学优化的变量范围。　　最后，基于二维有限元方法针对本文研究的消声器特点开发了专用的传递损失优化程序，对消声器进行了面向提高中频段平均传递损失的结构参数优化。在声学性能优化中，为了与消声器的空气动力学性能平衡，将结构参数限定在使压力损失降低的范围内，然后以中频段平均传递损失为目标函数，进行了声学优化。根据优化结果设计了新的消声器结构，得到的结构并再次通过CFD和声学有限元仿真验证了其空气动力学性能和声学性能。　　验证结果表明，优化后的消声器不仅声学性能提高，其中中频段平均传递损失提高17.5dB，而且空气动力学性能也得到提升，即压力损失降低15.3％。采用CFD仿真进行的空气动力学性能验证结果说明通过将对压力损失的约束条件转化为对变量范围的限制以防止消声器空气动力学性能变差是可行的。采用三维有限元方法进行的声学验证结果说明基于二维有限元方法建立的消声器传递损失优化程序对提高消声器声学性能是有效的。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2乘用车排气消声器国内外研究现状

1.3本文的主要内容

第二章 排气噪声贡献度的测量试验

2.1概述

2.2排气噪声测试方案及过程

2.3测试结果分析

2.4本章小结

第三章 排气噪声产生机理及消声器声学性能分析方法

3.1排气噪声产生机理

3.2排气消声器评价指标

3.3消声器声学性能分析方法

3.4本章小结

第四章 排气消声器空气动力学及声学性能的仿真分析

4.1消声器空气动力学性能数值分析

4.2消声器声学性能数值分析

4.3消声器仿真分析总结

4.4本章小结

第五章 考虑压力损失的消声器传递损失优化

5.1消声器结构参数分析

5.2消声器传递损失优化方法及结果分析

5.3声学与空气动力学性能测试验证

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文工作总结

6.2未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文