气流对分流气体对冲排气消声器消声性能及结构特性的影响

发布时间：2020-08-27 09:59

【摘要】：柴油机的噪声污染问题一直是人们关注的热点问题。在柴油机整机噪声中,排气噪声占比最大,因此,降低排气噪声对降低其整机噪声具有重要意义。目前,加装排气消声器是控制内燃机排气噪声最直接有效的方式。以往消声器设计时,大多着重考虑消声器管道噪声,而未考虑结构壁面振动对消声性能的影响。由于排气消声器采用的是薄壁类结构,当其内腔受到发动机和气流等外界激励作用时,很容易引起结构振动而造成其内部声波传播规律发生改变,从而影响消声器声学性能,与此同时,结构也会受到声场的反作用,这种反作用力又将会作为声载荷影响消声器壳体结构的振动。本文以分流气体对冲排气消声器为研究对象,首先利用声学软件Virtual.Lab的声学有限元模块,模拟计算了不同入口流速条件下排气消声器的传递损失。分析所得到的消声器内部声压云图、入口和出口端的声压响应曲线及传递损失曲线,结果表明,随着入口流速增加,其传递损失在20～420Hz低频段呈递增的趋势,且在中高频部分其传递损失曲线存在向低频方向移动的现象,可见高速气流是引起排气消声器消声性能变化的重要原因。其次,利用课题组设计建造的试验台进行消声器插入损失的试验测试。结果表明,在前420Hz低频段内,插入损失随流速递增而增大;而当流速增加至36m/s以上,该分流气体对冲排气消声器的平均插入损失呈骤减趋势,与数值计算得到的结果有所差异,主要是由于仿真计算时未考虑消声器内部气流冲击结构部件而产生再生噪声的影响。最后,对该排气消声器进行了结构模态、声腔模态和耦合模态的模拟计算,并对结构模态进行了试验验证。在获得结构模态、声腔模态和外界激励条件的基础上,利用模态叠加法进行声振耦合特性的研究。结果显示,该排气消声器第1阶结构模态频率(69.6Hz)与发动机的激励频率74Hz接近,易发生共振现象。通过调整消声器壁厚,使得其固有频率有效避开了发动机的激励频率,从而可有效降低结构模态和激励频率附近低频段的辐射噪声。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK421.6
【图文】：

原理图,排气消声器,气体,原理图

气流的不稳定状态产生的涡流也将激发消声器本体的振动发声，使得消声器消声效逡逑果衰减，严重时消声器将变成噪声发生器％。基于此，课题组在前期的研究中提出逡逑一种新型消声原理，即分流气体对冲降速原理，如图１所示。其基本原理是发动机排逡逑放的气流由消声器进气口流入，首先进入锥形导流环分流，之后经过圆形环外腔，逡逑经过两组对冲孔在消声器内腔发生对冲，以达到对冲降速的目的，最后排气从消声逡逑器出口管流出。在保证消声性能的前提下，降低排气背压，并减小由气流产生的再逡逑生噪声，改善内流场湍动能分布，从而提升消声器的整体性能［“］。逡逑课题组前期研宄中，基于假设消声器尾管是无反射管，或完全反射管，或者是逡逑基于无气流平面波膨胀式消声器的理论对消声器消声性能进行研宄。实际工作中消逡逑声器内有气流通过，因而根据上述理论计算出的结果和试验结果往往存在偏差Ｄ６］。逡逑

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本文是在课题组前期提出的分流气体对冲排气消声器数学建模理论的基础上，逡逑讨论需考虑入口端气体流速时对该分流气体对冲排气消声器声学性能影响研究。其逡逑中，其声学性能模拟仿真的具体流程如图２所示。逡逑基于排气消声巾．元数学模型逡逑１邋！逡逑确定消声单元尺寸，利用Ｐｒｏ／Ｅ建立逡逑三维儿何模型逡逑逦５逦逡逑将三维模型导入到ｌｌｙｐｅｒｍｅｓｈ中，进逡逑行网格划分逡逑逦５逦逡逑将网格模屯导入到Ｖｉｒｔｕａｌ．邋Ｌａｂ中，逡逑进行声场特性模拟研究逡逑逦Ｉ逦逡逑试验验证消声单元的逡逑声学特性逡逑图２消声器声学性能模拟流程图逡逑Ｆｉｇ．２邋Ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋ａｃｏｕｓｔｉｃ邋ｐｒｏｐｅｒｔｙ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｍｕｆｆｌｅｒ逡逑３．３．１分流气体对冲排气消声器有限元模型逡逑分流气体对冲排气消声器的结构简图如图３所示。其主轴横截面为圆形，利用逡逑Ｐｒｏ／Ｅ三维建模软件构造消声器内部气体的实体模型，建立模型所用方法是反实体画逡逑法，即将空气流通的地方画为实体，消声器壁厚部分视为腔体。几何建模时，要忽逡逑略一些对该消声器声学性能影响较小的零部件，例如垫片和螺纹孔。逡逑文中该排气消声器结构的基本尺寸如下：入口管和出口管直径分别为逡逑Ｄｌ＝０．０４２ｍ

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逦内蒙古农业大学硕士学位论文逦１３逡逑管长度分别为Ｌｌ＝０．１ｍ，Ｌ５＝０．１７１ｍ；第一组、第二组对冲孔的位置分别为逡逑Ｌ３＝Ｌ４＝０．０７７４ｍ；对冲孔长度Ｌ７为０．０４５２ｍ；锥形分流管的长度为０．０３７ｍ；分流单逡逑元锥角ａ为９０°。并将建好的排气消声器三维实体模型保存成．ＩＧＳ格式，如图４所示。逡逑逦逦Ｌ６邋逦－逡逑

【参考文献】