汽车排气消声器性能预测及声学特性分析

论文摘要

发动机排气噪声是车辆的主要噪声源之一,而使用排气消声系统则是降低发动机排气噪声的最有效途径,汽车排气消声系统在降低汽车噪声及城市生活噪声中起着至关重要的作用。本文基于传递矩阵法推导了消声器若干基本消声单元的传递矩阵,建立了消声器插入损失计算的数学模型,基于惩罚函数法对某消声器结构参数进行了优化,利用Visual Basic开发了一套汽车排气消声器性能预测及优化软件。利用有限元方法对消声器内部的流场和声场进行了数值分析,使用ANSYS CFX软件计算分析了消声器内部的速度、温度及压力分布情况,利用SYSNOISE软件对消声器的声场特性进行了分析,分析了速度、温度及压力对消声性能的影响,并同时考虑了温度和尾管效应等影响因素。基于以上分析对某消声器进行了结构的改进,并对改进后消声器的内部流场进行了计算,结果显示消声效果在大部分频段上有明显的提高,消声器的空气动力性能也有一定的改善。

论文目录

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• 英文摘要
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 国内外研究现状
• 1.2 课题的意义
• 1.3 本文的主要研究工作
• 2 排气消声器数学模型
• 2.1 消声器性能评价方法
• 2.2 抗性消声器性能计算模型
• 2.2.1 抗性消声器消声性能计算的基本假设
• 2.2.2 抗性消声器消声性能分析方法—传递矩阵法
• 2.2.3 插入损失数学模型
• 2.2.4 声学边界条件
• 2.2.5 常用声学结构的传递矩阵
• 2.3 本章小结
• 3 消声系统性能预测与优化的软件设计
• 3.1 软件设计的总体思想
• 3.2 数据管理模块
• 3.3 汽车排气消声器性能预测模块的软件设计
• 3.3.1 插入损失的计算
• 3.3.2 压力损失计算
• 3.4 程序界面设计
• 3.5 基于内点惩罚函数法的汽车消声器结构优化设计
• 3.5.1 关于惩罚函数法
• 3.5.2 目标函数的设计
• 3.5.3 约束条件的确定
• 3.5.4 优化结果
• 3.6 排气消声器试验研究
• 3.6.1 试验依据
• 3.6.2 插入损失的测量
• 3.7 本章小结
• 4 排气消声器流场分析
• 4.1 排气消声器模型的建立
• 4.2 网格的划分及边界条件的加载
• 4.3 计算结果的分析
• 4.4 本章小结
• 5 消声器的声场分析及结构改进的探讨
• 5.1 声场模型的建立
• 5.2 声学特性及其影响因素研究
• 5.2.1 结构对消声特性的影响
• 5.2.2 温度对消声特性的影响
• 5.2.3 尾管效应对消声特性的影响
• 5.3 消声器基本结构对消声特性的影响
• 5.3.1 扩张腔的影响
• 5.3.2 插入管的影响
• 5.3.3 穿孔管及穿孔板结构的影响
• 5.4 改进方案的探讨
• 5.4.1 消声器性能评价
• 5.4.2 消声器的改进
• 5.4.3 改进后的流场特性分析
• 5.4.4 外界因素对改进消声器消声性能分析结果的影响
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录