论文摘要
排气系统是汽车的重要组成部分,良好的排气系统要求具有背压（或阻力损失）低和消声量高等特点。本文使用GT-POWER软件建立了汽油机和排气消声系统的仿真模型,进而研究消声器的声学特性和排气系统对发动机性能的影响。在室温无流和高温有流两种情况下,计算了两种抗性消声器的传递损失。通过将计算结果和实验测量结果进行比较,考查了GT-POWER软件计算消声器声学性能的准确性和适用性。在平面波范围内,GT-POWER软件能够准确地预测消声器的传递损失;但在频率极低时,由于该软件的计算方法存在缺陷,使得计算结果失真;而在接近于截止频率的高频范围内,只能预测出传递损失的大致变化趋势。气流速度和温度对消声器的声学性能有很大影响。随着气流速度的增加,消声器的传递损失曲线向低频方向移动。随着介质温度的升高,消声器的传递损失曲线向高频方向移动。之后,还计算了三元催化转化器的传递损失,并将GT-POWER软件计算结果和频域法计算结果、实验测量结果进行比较。由对比分析可知GT-POWER软件计算值存在一定的误差,这主要是由于实际载体毛细管的形状和软件默认的形状不一致,以及软件计算细管声阻抗的公式存在缺陷造成的。在室温和高温两种工况下,使用GT-POWER软件计算了上述两种抗性消声器的阻力损失,并将预测结果和FLUENT软件的计算结果进行比较,详细分析了GT-POWER软件计算结果中误差产生的原因,并给出了相应的修正方法。气流流速和温度对消声器的阻力损失有很大影响。随着气流速度的增加,消声器的压力损失迅速增大,与速度的平方成正比。随着气流温度的升高,消声器的压力损失迅速降低,压力损失曲线仍然呈二次曲线型。而后,对三元催化转化器在室温和高温两种工况下的阻力损失进行了计算。结果表明,室温时三元催化转化器的压力损失主要由载体压力损失和局部阻力损失组成,高温时三元催化转化器的压力损失主要是载体压力损失。在此基础上,使用前面分析的三元催化转化器和两种抗性消声器组建了排气系统,并与发动机模型耦合计算了消声器和组合结构的插入损失,以及消声器和组合结构的加入对发动机性能的影响。最后,在原始排气系统模型的基础上,使用GT-POWER软件对排气系统和消声器的结构进行优化设计,使发动机的排气噪声和背压达到厂家要求。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 汽车排气噪声控制与消声器设计1.2 国内外研究现状1.3 计算机仿真模拟技术1.4 本文的主要研究内容第2章 发动机工作过程的数值仿真2.1 发动机内流体流动模型2.2 发动机燃烧模型2.2.1 双区燃烧理论2.2.2 火花塞点火韦别模型2.3 发动机仿真模型的建立2.4 发动机工作过程模拟2.4.1 发动机外特性计算2.4.2 气缸压力计算2.4.3 发动机排气参数计算2.5 发动机排气噪声频谱特性分析2.6 本章小结第3章 消声器声学性能计算及分析3.1 时域方法的理论基础3.1.1 控制方程3.1.2 有限体积法3.1.3 声学量计算3.2 消声器传递损失的计算方法3.3 直通穿孔管消声器3.3.1 静态时的传递损失3.3.2 高温气流的影响3.4 三通穿孔管消声器3.4.1 静态时的传递损失3.4.2 高温气流的影响3.5 三元催化转化器3.5.1 传递损失的计算方法3.5.2 静态时的传递损失3.6 组合结构的传递损失分析3.6.1 两级消声器组合结构3.6.2 三级消声器组合结构3.7 本章小结第4章 消声器阻力特性计算及分析4.1 压力损失的计算原理4.1.1 摩擦阻力损失4.1.2 管道模块的局部阻力损失4.1.3 流动系统的局部阻力损失4.2 消声器压力损失的计算方法4.3 直通穿孔管消声器4.3.1 室温时的压力损失4.3.2 高温时的压力损失4.4 三通穿孔管消声器4.4.1 室温时的压力损失4.4.2 高温时的压力损失4.5 三元催化转化器4.5.1 三元催化转化器的阻力损失4.5.2 压力损失的仿真模型4.5.3 室温时的压力损失4.5.4 高温时的压力损失4.6 本章小结第5章 发动机与排气系统的耦合性能研究5.1 发动机和排气系统耦合模型的建模方法5.2 消声器的插入损失5.3 组合结构的插入损失5.4 单个消声器对发动机性能的影响5.5 组合结构对发动机性能的影响5.6 本章小结第6章 排气消声系统的改进设计6.1 初步设计与目标值6.2 排气系统的改进设计6.3 消声器的改进设计6.3.1 后级消声器第一种改进方案6.3.2 后级消声器第二种改进方案6.4 排气噪声计算及分析6.5 排气背压计算及分析6.6 本章小结结论全文总结今后工作展望参考文献攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果致谢
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