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车辆消声器优化设计及降噪研究

马晓光  
【摘要】:汽车发动机排气噪声是汽车噪声的主要噪声源之一,控制排气噪声最有效的途径是在排气系统上安装消声器。设计出高消声量、低压力损失的消声器已成为目前排气噪声控制的重要课题。传统的排气消声器设计主要根据一维平面波理论,但该理论难以正确模拟三维波动效应等实际因素的影响,计算结果不准确。而有限元等三维数值方法能够对排气消声器性能进行准确模拟,同时还能考虑到多种外界因素的影响,是消声器性能预测和设计改进的有效方法。本文利用ANSYS中的声学模块对设计的消声器进行声学仿真分析,利用ANSYS/FLOTRAN对其空气动力特性进行分析。 本文前期研究了一些典型消声器的消声特性和消声规律,特别是新型的阻抗复合式消声器。在此基础上针对某型卡车设计了一款排气消声器,并利用上述软件对其消声特性和空气动力特性进行计算分析,对不足之处做出改进并再次计算分析,直到计算结果达到较好的设计指标,最后对设计的产品进行性能测试。通过对设计消声器的反复仿真计算,可以得出两方面的结论:从声场的计算结果可以看出,抗性消声器的结构设计已趋成熟,按设计手册和经验设计的消声器在中低频段有很好的消声特性,而高频方面随着新型吸声材料的不断出现,吸声量也有一定提高,同时吸声材料在中低频段的吸声量也有所提高;从流场的计算分析可以看出,在不降低消声量的前提下,对消声器内部结构进行相应的改进可以有效降低压力损失并减缓气流流动的不平稳性,如在腔室的隔板上开有穿孔就能有效抑制湍流的形成,连接管用带穿孔的直管连接可以显著减小气流在扩张截面的剧烈波动等。最后通过实验测试证明,实际产品不但满足消声量要求,而且其压力损失值比以往设计的消声器有明显的降低。 本文对排气消声器进行数值仿真分析,为消声器的设计提供了参考,并且为消声器的设计改进提供了新的思路与方法,对提高消声器的设计与分析水平具有指导意义。


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