车用柴油机新型消声器性能仿真及其试验研究

论文摘要

柴油机排气噪声是整车噪声的主要噪声源之一,目前控制排气噪声最为有效的措施是在排气系统上安装消声器。消声器的一个重要的性能评价指标是空气动力学性能,它主要是指安装消声器给柴油机带来的排气压力损失。如果排气压力损失过大,会导致柴油机排气过程功率损失增加,直接影响柴油机动力性和燃油经济性。因此对消声器的性能仿真及其试验研究具有十分重要的意义。本文在研究了声学理论、消声器理论及其设计方法的基础上,对一款新开发的重型卡车的排气消声器进行了匹配选型。为了提高原款消声器的消声性能和空气动力学性能,在原款消声器的基础上对其内部结构进行了重新的调整。借助FLUENT软件对新型消声器内部流场进行了详细的分析,最后通过台架试验考察了两款消声器的排气背压和插入损失。本文的主要的研究工作包括:(1)系统总结了柴油机排气系统及消声器的设计原则,并综合运用消声器设计方法和经验公式进行了初步的消声器选型设计。分析了穿孔管消声器的消声机理,根据实际设计经验,对原款消声器结构进行了改进设计;(2)对新型的消声器内流场进行了数值模拟,对消声器的速度场和压力场进行了深入的研究。分析了气流在消声器内部的流动特点,并对穿孔管结构引起的局部压力损失以及气流再生噪声进行了研究;(3)对两款消声器分别进行了台架试验,详细考察了两款消声器在外特性曲线上不同转速时的压力损失和插入损失。利用消声器压力损失的试验数据对数值模拟的计算结果进行了验证,并通过加权插入损失计算方法对两款消声器消声性能进行了对比分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 噪声危害及噪声控制的意义
• 1.1.1 噪声的来源
• 1.1.2 噪声的危害
• 1.1.3 对汽车噪声的控制
• 1.1.4 研究消声器的意义
• 1.2 消声器的研究现状
• 1.2.1 试验研究
• 1.2.2 理论研究
• 1.2.3 模拟仿真研究
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 消声器的理论基础及其设计
• 2.1 柴油机排气噪声产生的机理
• 2.1.1 柴油机噪声的性质
• 2.1.2 柴油机排气噪声的成分
• 2.1.3 柴油机排气噪声的频谱
• 2.2 消声器的理论基础
• 2.2.1 消声器的分类与消声机理
• 2.2.2 消声器性能评价指标
• 2.3 新型消声器的设计
• 2.3.1 排气系统及消声器的设计原则
• 2.3.2 消声器的选型设计
• 2.3.3 新型消声器的设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 消声器 CFD 仿真研究
• 3.1 计算流体动力学和 FLUENT 软件简介
• 3.1.1 CFD 简介
• 3.1.2 FLUENT 软件简介
• 3.2 基本流场理论
• 3.3 消声器仿真模型建立
• 3.3.1 几何模型
• 3.3.2 网格划分
• 3.3.3 边界条件
• 3.4 计算及结果分析
• 3.4.1 消声器速度场分析
• 3.4.2 消声器压力场分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 消声器的台架试验
• 4.1 台架试验
• 4.1.1 台架试验目的
• 4.1.2 台架试验内容
• 4.2 试验条件
• 4.3 试验设备仪器
• 4.4 试验步骤
• 4.5 试验结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢