发动机排气系统气流噪声仿真与试验研究

发布时间：2020-07-12 14:40

【摘要】：发动机排气系统的作用是降低尾气中污染物含量和发动机排气噪声,在降低排气噪声的同时还要求声音具有加速感或舒适感等声音品质。当发动机高转速运转时排气系统中会产生较大的气流噪声,使人感受极不舒适,因此需要对气流噪声进行控制。本文建立了包含排气系统热端和冷端的三维流场气流噪声仿真模型;得到了气流噪声在整个排气系统中的声功率分布规律和测点处声压级频谱特性,在此基础上研究了热端和冷端结构对气流噪声的影响规律。本文研究成果对于指导排气系统设计具有重要的工程应用价值,主要研究内容如下:首先,建立包含热端和冷端的排气系统整体三维流场气流噪声仿真模型。从几何前处理、网格划分与物理模型选择等角度出发,使用网格划分软件对排气系统流场进行网格划分。根据得到的网格模型建立了排气系统三维流场气流噪声仿真模型,并搭建发动机准维工作过程仿真模型计算得到排气系统边界条件。研究了边界层网格对模型网格数量与仿真结果的影响,发现随着边界层数的增长模型网格数量呈线性增长;在使用高雷诺数的k-ε湍流模型进行计算时,第一层边界层网格y+值大于30且与30越接近压损计算结果越精确。然后,对排气系统气流噪声进行仿真分析与试验研究。基于宽频噪声源模型和FW-H噪声模型计算得到了整个排气系统中声功率分布规律和测点声压频谱特性。同时结合流场分布特征分析发现当排气系统中出现管道逐渐扩张的结构、截面突变的结构和弯管结构时会产生气流噪声,且当噪声源处湍动能越大,产生的气流噪声越大。将尾管后测点声压频谱特性与GT-POWER尾管噪声仿真结果和试验测试结果进行对比,本文仿真结果与试验结果最大相差约10dB,且曲线一致性较好,证明仿真方法是有效的。最后,研究排气系统中不同结构对气流噪声的影响规律。基于所建立的排气系统气流噪声仿真模型,结合流场分布特征获得了歧管式催化器、二级催化器和扩张腔消声单元的气流噪声发声机理。并对声功率分布规律和测点声压频谱特性进行分析与比较,发现周布式歧管式催化器产生的气流噪声要比直列式小;随着催化器扩张角增大气流噪声减小;随着扩张腔容积增大气流噪声增大;随着扩张腔插入管的长度增长气流噪声减小。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U467.493
【图文】：

特定点,湍流状态,湍流流动,发动机排气

此时流动非常平缓，流体呈层状流动，层与层之间互不干扰一临界值时，流动呈湍流状态，此时流动状态十分复杂，流体度大小和速度方向无规则的剧烈脉动，无法用数学公式进行描1[45]为试验测得的湍流状态下在某一特定点的速度与时间的变化湍流状态下速度具有极强的脉动性。

发动机排气系统气流噪声仿真与试验研究

DNS、LES和RANS关系

示意图,直接求解,时均方程,壁面湍流

浮力流（船舶设LES 模型力，气动声学，壁面湍流 DES，DDES，IDDES 模型研究及湍流模型构建 DNS 模拟，航天 ScaleAdaptive Simulation（SAS 模均方程，想直接求解湍流的控制方程式十分困难的，一般在基础模型时才会使用 DNS 方法对湍流进行直接求解。而在工流对整体流场所产生的的影响，是一个平均的效果，此时对实际工程应用的意义不大。于是便产生了雷诺时均lds 首先提出，下面详细介绍雷诺时均方程的推导过程速度的 u 分量的雷诺假设示意图，雷诺假设理论将其看)和附加脉动速度 ( , , , )的叠加，见式（2-20）：

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