汽车排气消声器声学及阻力特性的数值仿真研究

摘要

发动机排气噪声是整车噪声的主要噪声源之一。目前，控制排气噪声最有效的途径是在排气系统上使用消声器。排气消声器是一种阻止噪声传播而允许气流通过的降噪装置，其在降低排气噪声的同时，会带来排气阻力的增加，影响了车辆的动力性能和经济性能，所以设计高消声性能、低阻力损失的消声器一直是排气噪声控制领域的重要课题。
　　 本文运用三维数值仿真方法研究排气消声器的声学和阻力特性。三维数值仿真方法能对排气消声器的性能进行准确评估，同时兼顾多种外界因素的影响，是排气消声器改进设计的有效方法。文中，首先研究了基本消声结构的声学和阻力特性，着重讨论了结构参数对声学和阻力特性的影响；然后分析了尾管结构对消声器性能的影响；最后对某轿车排气消声器进行三维数值仿真，分析了该消声器的声学和阻力性能，并针对不足提出了改进措施。
　　 三维数值仿真方法能够缩短产品研发周期，降低生产成本，提高产品质量，对消声器的设计和改进具有重要指导意义。

目录

文摘

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论文说明：图表目录、主要符号表

声明

致谢

第一章 绪论

1.1研究背景

1.1.1问题的提出

1.1.2研究排气消声器的意义

1.2消声器国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容

第二章 排气消声器基本理论

2.1排气噪声的产生机理及其控制

2.1.1排气噪声产生机理及频谱特性

2.1.2影响排气噪声的主要因素

2.1.3降低排气噪声的措施

2.2排气消声器的分类

2.2.1阻性消声器

2.2.2抗性消声器

2.2.3阻抗复合式消声器

2.3排气消声器的评价指标

2.3.1声学性能评价指标

2.3.2空气动力性能评价指标

2.3.3机械性能评价指标

2.4本章小节

第三章 基本消声结构数值仿真研究

3.1声学仿真理论基础

3.1.1声学基本理论

3.1.2声学有限元法

3.1.3穿孔结构的声阻抗

3.1.4传递损失的数值计算方法

3.2计算流体动力学仿真理论基础

3.2.1流场的基本控制方程

3.2.2湍流及其理论模型

3.2.3有限体积法

3.3消声器数值仿真流程

3.4基本消声结构声学性能数值仿真

3.4.1扩张腔消声器的声学数值分析

3.4.2亥姆赫兹消声器的声学数值分析

3.4.3直通穿孔管消声器的声学数值分析

3.4.4横流穿孔管消声器的声学数值分析

3.4.5阻性消声器的声学数值分析

3.5基本消声结构阻力特性数值仿真

3.5.1扩张腔消声器阻力特性的数值分析

3.5.2亥姆赫兹消声器阻力特性的数值分析

3.5.3直通穿孔管消声器阻力特性的数值分析

3.5.4横流穿孔管消声器阻力特性的数值分析

3.6本章小节

第四章 尾管对排气消声器声学及阻力性能的影响分析

4.1尾管长度的影响

4.2尾管直径的影响

4.3尾管数目的影响

4.4尾管形状对消声性能的影响

4.5尾管切口形式的影响

4.6尾管辐射阻抗对消声性能的影响

4.7尾管口扩张器对消声性能的影响

4.8本章小节

第五章 排气消声器声学及阻力特性数值仿真实例

5.1排气系统声学及阻力特性的数值仿真

5.1.1排气系统声学性能仿真

5.1.2排气系统阻力特性数值仿真

5.2前消声器声学性能数值仿真及改进措施研究

5.3中消声器声学性能数值仿真及改进措施研究

5.4后消声器声学和阻力性能数值仿真及改进措施研究

5.5排气系统改进前后声学及阻力特性对比

5.6本章小节

第六章 全文总结及展望

6.1全文总结

6.2存在不足及对未来展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文及参与的研究项目