论文题目: 汽车发动机排气系统性能分析研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 车辆工程
作者: 陶丽芳
导师: 胡玉梅
关键词: 排气消声器,有限元,流动特性,消声特性
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: 设计高消声性能、低压力损失的排气系统是目前汽车噪声控制中的重要课题。传统的排气系统内消声器设计主要根据一维平面波理论,但该理论难以正确模拟三维波动效应等实际因素的影响,计算结果不准确。而有限元等三维数值方法在对排气系统性能进行准确模拟的同时还能考虑到多种外界因素的影响,是排气系统性能预测和改进设计的有效方法。本文研究了基本消声结构的消声特性和消声规律,在此基础上对某发动机排气系统进行了流动特性和消声特性的三维数值模拟。通过流动特性分析得到了系统内流速、温度和压力的分布情况。结果表明:由于内插管和穿孔管的存在,排气系统中前、后消声器内压力损失较大,各腔内流速变化也很复杂,温度分布虽然比较均匀,但各腔之间的温差大,这些都会对消声性能产生一定的影响。采用有限元方法,在对穿孔隔板、穿孔管和吸声材料进行精确建模,并考虑温度、流速和尾管反射对消声的影响的基础上,对消声特性进行分析。结果表明:排气系统的低频和高频消声效果不好,消声量明显不足。但温度的升高,使消声频谱往高频移动,使得高频消声效果变好,中低频变差;而尾管反射对低频消声有改善作用;流速会使消声量有所减小。可见对排气系统进行消声性能分析和改进设计时不能忽视这些外在因素的影响。为改善排气系统的空气动力特性和低频、高频的消声特性,在对前、后消声器各消声单元消声特性深入研究的基础上,对消声器芯部结构进行了改进设计。改进后的流场和声场分析结果表明:改进设计使得排气系统的空气动力特性、低频、高频消声特性等方面都较原结构有所改善,达到了预期改进目标。文中对排气系统的数值模拟不仅可以为试验提供有力的指导,而且也积累了一定的改进经验和改进方法,是今后消声系统改进设计的重要参考。总之本文为发动机排气系统的性能预测和改进设计探索了一种比较有效的现代设计方法。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 问题的提出及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.3 本文研究目的和研究内容
2 排气系统分析中的声学理论和分析方法
2.1 声学理论的基本概念
2.2 理想流体媒质中的声波方程
2.3 边值问题与有限元法的应用
2.3.1 边值问题
2.3.2 有限元方法的应用
2.4 本章小结
3 基本消声结构及其典型算例的数值分析
3.1 引言
3.2 消声器的原理与分类
3.2.1 消声器的定义与用途
3.2.2 消声器的分类
3.3 消声器的评价指标
3.3.1 声学性能的评价
3.3.2 空气动力性能的评价
3.3.3 消声器的机械性能
3.4 典型阻性消声器的数值分析
3.4.1 多孔吸声材料的吸声特性研究
3.4.2 吸声材料布置形式研究
3.5 典型抗性消声器的数值分析
3.5.1 简单扩张腔
3.5.2 亥姆霍兹(Helmholtz)共振腔
3.5.3 穿孔板共振吸声结构
3.6 本章小结
4 排气系统性能分析
4.1 引言
4.2 排气系统模型的建立
4.2.1 三维几何模型的建立
4.2.2 流场计算模型的建立
4.2.3 声场计算模型的建立
4.3 流动特性研究
4.3.1 湍流模型的选用
4.3.2 边界条件的施加
4.3.3 计算结果的分析
4.3.4 排气系统流动性能评价
4.4 声学特性及其影响因素研究
4.4.1 结构本身的消声特性
4.4.2 温度对消声特性的影响
4.4.3 流速对消声特性的影响
4.4.4 考虑尾管效应的消声特性
4.5 小结
5 排气系统改进措施研究
5.1 改进目标的确定
5.2 各消声单元的性能分析
5.2.1 前消声器消声单元的性能分析
5.2.2 后消声器消声单元的性能分析
5.2.3 整体消声性能分析和评价
5.3 各消声单元结构的初步改进
5.3.1 对低频消声性能的改进
5.3.2 前消声器的改进
5.3.3 空气动力特性的改进
5.4 整体改进方案
5.4.1 整体改进方案的声场特性分析
5.4.2 改进方案四的流场特性分析
5.4.3 外界因素对方案四消声器消声性能的影响
5.4.4 改进评价
5.5 本章小结
致谢
参考文献
附录
独创性声明
学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-11-07
参考文献
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