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双模式消声器消声特性仿真分析和实验研究

康倬华  
【摘要】:排气噪声在整车总噪声中占比较大,会对车内人员的舒适性产生不良影响。消声器是控制排气噪声的重要零部件,然而消声器在工作时会产生压力损失,对发动机燃油经济性和瞬时功率产生不利影响。双模式消声器相比传统消声器增加了一个扭转弹簧控制的蝶形阀门,阀门可以在不同的发动机工况下关闭或打开一定角度,使双模式消声器有更优的声学性能和更小的压力损失。但目前还需要对双模式消声器的性能进行深入研究。本文基于声学有限元法分析了扩张腔和插入式扩张腔、亥姆霍兹共振腔、泄露式共振腔、两颈部共振腔的声学特性。实验验证了两颈部共振腔的峰值消声频率随第二颈部直径的变化关系。在此基础上分析了双模式消声器的低频声学特性,双模式消声器的低频峰值消声频率随阀门开度的增大而增大,可以控制排气噪声总声压级处于较低水平,并且调节阶次占比,获得更优的声品质。建立了发动机转速和阀门开度的理想匹配曲线。还讨论了结构参数对双模式消声器低频声学特性的影响。本文仿真分析了双模式消声器的流场特性,讨论了双模式消声器内部流动情况和压力损失的来源。双模式消声器在阀门打开后从小孔流出的质量流量占比降低,小孔附近产生的局部损失降低,因此双模式消声器相比传统消声器能够降低压力损失。对阀门两侧压力差积分得到阀门上的作用力,由此设计了能够满足不同发动机转速下开度要求的扭转弹簧。还讨论了结构参数对双模式消声器流场特性的影响。基于大涡模型(LES)仿真分析了双模式消声器气流噪声的主要来源。结果表明双模式消声器相比传统消声器能够降低第一腔内涡流脱落和破碎,因此能降低气流噪声。将腔壁和入口管表面的压力脉动分别导入声学软件中计算了远场的声学响应,验证了以上结果。通过冷流试验台实验研究了双模式消声器的特性,实验得到了双模式消声器压力损失、气流噪声和阀门开度随入口气流速度的变化关系。实验结果表明双模式消声器相比传统消声器能够降低压力损失和气流噪声,而且降低的幅值随气流速度的上升而增大。


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