乘用车排气消声器的设计与性能分析

发布时间：2017-10-12 18:26

  本文关键词：乘用车排气消声器的设计与性能分析

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【摘要】：随着汽车工业技术的快速发展,城市汽车数量逐年增加;汽车给人们生活带来便利的同时,也引发一系列问题,如交通事故、环境污染和噪声危害等。汽车噪声不仅影响车内乘客的舒适性,而且影响其工作效率和身心健康,因此降低汽车噪声成为汽车行业的重要目标。汽车排气噪声几乎占到整车噪声的三分之一,而控制排气噪声的主要措施是在排气系统加装消声装置,因此设计性能良好的消声器能够有效降低排气噪声。本文根据国家和企业要求,搭建发动机及其排气系统的性能与噪声测试平台。对无消声器的排气系统进行台架测试,记录其稳态和瞬态工况下发动机的功率、扭矩、壳体和尾管噪声。接着在GT-Power中建立发动机与排气系统的一维管路耦合模型,并进行模型验证。通过对发动机仿真模型的计算结果与测试平台的试验结果比较分析,证明所建立的耦合模型能够有效应用于发动机排气消声器设计的声学与流场分析。其次,通过比较测试数据和企业目标值,确定设计目标。以主消声器声学性能为主,利用消声器设计理论初步确定几种结构方案,通过比较各结构方案的声学和流场性能,得出较优方案。然后对该方案进行正交试验,通过统计分析试验结果,得出最优参数组合,确定基于一维仿真分析的消声器结构方案。使用流体计算软件Fluent对主副消声器内部气流的速度、湍动能、温度和压力进行仿真分析;利用三维声场分析软件Virtual.Lab扩大消声器传递损失的计算频率范围,探索主消声器在中高频段的消声特性。基于三维分析的结论,提出消声器的改进方案,并与原方案进行声场与流场性能比较。将上述改进方案导入GT-Power仿真模型中计算尾管噪声、插入损失。在结果满足设计目标时,对消声器样件进行台架试验,得到消声器的声学特性;通过与替代直管相应的数据比较,得到消声器的声学与流场性能。这种基于一维正交设计,三维性能分析与改进的消声器设计思路,能够为消声器的研究开发提供一种方法。
【关键词】：排气噪声 消声器 台架试验 正交设计 仿真模拟
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464.134.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 国外研究现状14-16
• 1.2.2 国内研究现状16-18
• 1.3 本文的主要研究内容18-19
• 第二章 排气消声器基本理论19-35
• 2.1 排气系统噪声19-21
• 2.1.1 气体动力噪声19-20
• 2.1.2 结构辐射噪声20-21
• 2.2 排气消声器的类型21-22
• 2.2.1 主动消声器21-22
• 2.2.2 被动消声器22
• 2.3 消声器性能评价指标22-28
• 2.3.1 声学性能指标23-27
• 2.3.2 流场性能指标27-28
• 2.3.3 其他性能与要求28
• 2.4 基本消声单元特性介绍28-31
• 2.5 消声器声场基本理论31-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 测试平台与仿真模型35-49
• 3.1 性能测试平台35-38
• 3.1.1 试验台架系统35-37
• 3.1.2 数据采集与测控系统37
• 3.1.3 排气噪声测量系统37-38
• 3.2 发动机性能试验38-42
• 3.3 发动机仿真模型42-47
• 3.3.1 建立发动机耦合模型42-46
• 3.3.2 验证耦合模型46-47
• 3.3.3 误差分析47
• 3.4 声学分析模块47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 消声器设计与分析49-79
• 4.1 消声器性能目标49-51
• 4.1.1 声学目标确定49-50
• 4.1.2 流场性能目标50-51
• 4.1.3 其他目标51
• 4.2 消声器结构设计51-55
• 4.2.1 外形结构的确定51-53
• 4.2.2 消声器的内部结构53-54
• 4.2.3 消声器GEM3D模型54-55
• 4.3 各种方案的性能比较55-57
• 4.3.1 传递损失的比较55-56
• 4.3.2 排气背压差的对比56-57
• 4.4 消声器结构优化57-68
• 4.4.1 正交试验方法57-58
• 4.4.2 消声器正交试验58-67
• 4.4.3 消声器正交优化67-68
• 4.5 消声器流场分析68-72
• 4.5.1 前消声器的流场特性68-71
• 4.5.2 后消声器的流场特性71-72
• 4.6 消声器声场的三维分析72-78
• 4.6.1 特征建模73-74
• 4.6.2 建立声学有限元模型74-76
• 4.6.3 传递损失计算76-78
• 4.7 本章小结78-79
• 第五章 消声器结构改进与性能试验79-90
• 5.1 消声器结构的改进79-82
• 5.2 温度对声学性能的影响82-83
• 5.3 流速对声学性能的影响83-84
• 5.4 基于耦合模型的性能仿真84-85
• 5.5 消声器性能的台架测试85-89
• 5.6 本章小结89-90
• 总结与展望90-92
• 参考文献92-97
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果97-98
• 致谢98-99
• 附件99

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本文编号：1020280