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汽车消声器声学性能及内部流场特性分析

卢会超  
【摘要】:排气消声器是控制车辆排气噪声的最有效途径,它可以有效地降低车辆的排气噪声。但与此同时,它的安装也造成了发动机的功率损失,从而影响到车辆的动力性和经济性。因此,设计制造具有高消声性能,低压力损失的排气消声器成为汽车研究的一个重要课题。 本文以一维CFD软件Gt-power和三维流体软件Fluent为计算平台,对基本的消声单元,例如,简单扩张腔、插入管式扩张腔以及赫姆霍兹共振腔等的声学和流场特性进行了分析研究,计算得到了它们的传递损失、压力损失以及消声器内部流场分布云图,并且讨论了基本消声单元的结构参数对其声学性能和空气动力学性能的影响。 以某款汽车消声器为研究对象,在软件Catia中建立它的三维模型,并将其不规则外形导入软件Gt-power中进行转化,然后在Gt-power中完成其余部件,诸如管件、隔板以及各种打孔结构的建模。将建好的消声器模型进行离散,搭建传递损失平台,并将计算得到的传递损失与试验数值进行对比,验证消声器仿真模型的准确性。 根据厂家提供的发动机结构参数在Gt-power中建立发动机的仿真模型,并计算得到它的扭矩和功率曲线,将其与实验值进行比较,验证该仿真模型的有效性,然后建立包含有发动机和消声器模型在内的耦合仿真模型,计算得到发动机正常运行工况下的消声器插入损失。 为了探讨流速对消声器内部流场特性的影响,将Catia所建消声器三维模型导入Hypermesh中,并对其内部空气域进行网格化分,然后施加边界条件,计算得到消声器内部流场分布和进出口管截面的压力损失。 对厂家提供的改进后的消声器模型进行数值仿真计算,并对两种消声器产生的尾管噪声进行实验,然后将改进后消声器的数值计算结果和尾管噪声试验结果与原模型进行对比与分析,结果证明改进方案是有效的。因此,本文从消声器的声学性能、流场特性以及尾管噪声三方面整体考虑,将试验和仿真两种方法相结合,验证了原消声器改进方案的可行性。


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