计及气流噪声的消声器性能仿真分析与优化

摘要

消声器是减小发动机排气噪声的主要装置。当发动机高速运转时，排气速度增大，消声器的复杂结构容易产生气流再生噪声，从而影响其消声效果。然而在传统的消声器排气噪声测试过程中很难将气流再生噪声进行独立分析，即使测量出消声器的气流再生噪声也很难准确的确定改进的具体区域，导致在消声器设计中对气流再生噪声的控制存在盲目性，使得消声器的实际效果与期望存在较大差异。因此在消声器设计阶段对消声器的气流再生噪声进行预测成为必要。　　本文以某款商用车消声器为研究对象，通过CAE仿真和试验相结合的方法，尝试建立一个适用于实际消声器开发的气流再生噪声预测流程。首先按照消声器测试的相关国家标准对其各工况消声性能进行试验，发现某些高转速工况的插入损失不足16dB（A），存在改进空间。然后通过仿真的方法，应用GT-Power对发动机与排气系统进行耦合仿真，得到的发动机外特性曲线与试验结果比较，误差小于5％。但分析发现GT-Power的一维特性不能准确预测发动机高转速工况下消声器的尾管噪声，因此应用 FLUENT对消声器内部流场进行三维仿真。利用宽频噪声源模型得到消声器壁面声功率级的分布，并对消声器流场特征与气流再生噪声的产生进行定性分析，利用LES模型仿真得到气流再生噪声声源数据。最后在Virtual.lab中对采集的气流再生噪声声源的声传播进行计算，与试验数据对比发现瞬态质量流条件下的仿真结果更接近试验值。基于以上仿真分析，对气流再生噪声较大的穿孔区域进行改进，提出3组改进方案。将改进后的消声器与原模型进行对比分析，综合考虑整体的消声效果，方案 c在低转速的消声效果影响较小，在高转速的气流再生噪声平均减小了1.42dB（A），基本满足改进要求。　　结合传统的试验方法，充分发挥三种软件的各自优点，进行联合仿真，得到了满足工程精度要求的气流再生噪声预测结果，为消声器气流再生噪声的预测提供了一种新思路，对提高消声器声学设计的准确性具有一定的指导意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1研究意义

1.2国内外研究现状

1.3论文研究内容与技术路线

2 消声器性能试验

2.1试验目的

2.2试验条件与设备仪器

2.3测试方法

2.4试验结果与分析

2.5本章小结

3 一维排气噪声仿真

3.1排气噪声一维时域流体仿真方法

3.2发动机及排气系统仿真模型

3.3发动机与排气系统耦合仿真结果分析

3.4本章小结

4 瞬态条件下气流再生噪声仿真

4.1气流再生噪声产生的原因

4.2气动声学理论基础

4.3气流再生噪声的计算方法

4.4气流再生噪声计算

4.5仿真结果与试验结果对比

4.6本章小结

5 排气消声器的性能改进

5.1改进方案的提出

5.2改进方案的几何模型

5.3改进方案声学性能对比

5.4本章小结

6 结论与展望

6.1全文总结

6.2论文的创新点

6.3研究展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果