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四缸柴油机排气消声器声学特性仿真分析及试验研究

范钱旺  
【摘要】: 排气噪声是汽车及其内燃机的主要噪声源之一,在内燃机整机噪声中,排气噪声往往比其它噪声高出10~15dB(A)左右。目前国内外减少排气噪声最有效、最直接的方法是安装排气消声器。因此,研究排气消声器消声性能对消声器的改进设计以及降低排气噪声有着重要的意义。 本文总结推导了消声器声学基本元件的传递矩阵。基于传递矩阵法计算分析了简单扩张式和内插管扩张式消声器的结构参数对消声器消声性能的影响规律;计算分析亥姆霍兹共振和穿孔管共振消声器的结构参数对消声性能的影响规律;计算分析气流速度和温度对消声器消声效果的影响。仿真结果表明:气流速度小于35m/s左右时,气流速度对消声器的消声性能影响不大;当气流速度大于35m/s左右时,随气流速度增大消声量急剧下降。此外,不同的结构参数对消声性能也有重要的影响。 为了进一步研究消声器内部声场特性,基于有限元法,以单扩张式消声器和亥姆霍兹共振消声器为例,运用Sysnoise声学软件建立FEM—Fluid三维模型。对比分析了单扩张式消声器在有、无气流存在时的传递损失以及基于传递矩阵的一维模型和三维有限元模型的计算结果;仿真计算两种消声器内部压力分布、速度分布情况,分析了消声器内部声场特性。结果表明,频率在1500Hz以下,一维和三维模型计算结果基本吻合,而在其它频率段,两种模型计算结果偏差较大。 根据实测的四缸柴油机在标定转速下有、无原消声器的排气噪声频谱图分析,原消声器在频率100Hz~500Hz范围内需要优化。基于传递矩阵法提出四种改进设计方案,考虑到经济性、加工的可行性,选取方案3和方案4进行加工。试验结果表明:在频率大约低于400Hz时,安装方案3改进的消声器比安装方案4改进的消声器,排气噪声平均降低3 dB(A)左右;比安装原消声器,排气噪声平均降低7dB(A)左右。试验结果也表明基于传递据阵法建立的减小低频率段噪声的数学模型是可行性的,对消声器设计有着重要的指导意义。


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