基于DOE的内燃机排气消声器设计方法研究

摘要

本文结合模型挖掘机乘员噪声过大的问题，进行了整机噪声源识别测试，发现排气系统是噪声源之一。分析发现原消声器没有对目标频率特别有效的消声结构。针对内燃机设计过程中，各腔串联导致的消声单元效果降低的现象，进行了基于DOE的提高消声量的方法研究，并运用数学模型进行优化。在尽量降低治理成本的基础上进行了优化设计。
　　 本文对声学基本概念及排气噪声机理进行了阐述，说明了常用消声部件的消声原理，为后续研究做好准备。说明了流场分析数值原理，及如何计算气流再生噪声，建立了排气系统分析模型，对消声器性能进行了数值模拟，研究了有限元分析得到消声器进出口声压值计算得到传递损失的计算方法，并进一步应用AML方法计算消声器传递损失。以快速得到目标频率段的消声量。运用DOE方法，对各消声单元主要尺寸进行参数化，安排优化拉丁方试验，分析了各消声结构单元对于影响消声性能的贡献量，确定消声器结构的改进措施。
　　 总结了排气消声器的设计开发流程，探讨DOE方法应用在排气消声器优化的可行性。对原消声器结构进行改进设计，提出了两种改进方案，综合比较两者的优缺点，确定最终改进方案并用于工程治理，取得良好的效果。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 研究排气消声器的意义

1．2 国内外研究排气消声器的主要方法

1．3 本文研究的内容

第二章 理论基础

2．1 声学基础理论

2．1．1 声学基本概念

2．1．2 声波方程

2．1．3 声学有限元法

2．2 CFD基础理论

2．3 试验设计理论基础

2．4 本章小结

第三章 排气系统噪声控制基础

3．1 发动机的排气噪声控制

3．2 排气消声器的性能要求

3．2．1 消声器声学性能评价指标

3．2．2 消声器空气动力学性能

3．3 消声元件的设计基础

3．3．1 扩张式消声器

3．3．2 共振式消声器

3．3．3 干涉式消声器

3．3．4 微穿孔板消声器

3．4 经典排气系统改进设计流程

第四章 消声器性能实验研究及数值分析

4．1 排气系统性能实验研究

4．1．1 实车测试分析

4．1．2 阶次分析

4．1．3 偏相干分析

4．2 零部件分析

4．2．1 消声器静态测试

4．2．2 消声器数值分析

4．3 本章小结

第五章 应用DOE方法的排气系统改进设计研究

5．1 串联结构导致的消声频带研究

5．2 DOE方法进行消声器优化思路

5．2．1 消声器建模

5．2．2 划分网格

5．2．3 传递损失计算

5．3 Optimization模块设置

5．4 确定输出响应

5．5 DOE计算与分析

5．6 拟合模型优化

5．7 优化结果分析

5．8 优化方案2

5．9 实验验证

5．10 本章小结

第六章 总结及展望

6．1 主要结论

6．2 工作及展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文