车用涡轮增压器压气机的噪声机理与控制研究

发布时间：2020-11-18 15:57

　　 随着人们对增压发动机的性能要求不断提高,具有高转速运行特性的压气机被广泛应用于车用涡轮增压器,从而提高增压器的整体效率。然而伴随压气机转速的上升,增压器的噪声问题越来越突出,高噪声对驾驶员的健康产生较大的负面影响,因此如何降低增压器噪声已然成为亟待解决的重要研究课题。压气机作为压缩空气的核心做功部件,但做功过程中不可避免产生高噪声,其中气动噪声是主要成分之一。因此,从控制噪声角度出发研究压气机气动噪声形成机理并进行其结构优化非常重要。结合现有的试验条件与研究热点,探明涡轮增压器压气机的内部流动特性,研究压气机近场噪声的形成机理与远场噪声的频域特性。并以效率与噪声为优化目标进行压气机叶轮的结构优化,可以在兼顾效率的前提下,控制压气机的气动噪声。本课题为涡轮增压器压气机的噪声机理及其控制提供参考,主要研究工作包括以下方面:进行压气机非定常流场与近场噪声数值计算,探明其气动噪声的形成机理。通过增压器压气机的非定常流场数值计算,分析其内部流场特性,发现压气机叶轮出口处出现复杂的紊流现象。利用宽带噪声模型,进行压气机近场噪声的计算。对比近场噪声与湍流强度的分布,对压气机气动噪声形成机理进行分析,研究表明湍流强度是气动噪声形成的关键因素,并且叶轮出口区域是压气机整体的核心噪声源。压气机远场噪声的特性分析及其仿真计算模型的试验验证。采用自适应有限元法对涡轮增压器进行远场噪声分析,有效减小声学计算频率对网格尺寸的影响,从而降低计算成本。将压气机流场计算获得的内部压力脉动作为边界条件,对压气机进行远场噪声的仿真分析。基于仿真结果,探明了压气机远场噪声的频域特性,该噪声以宽频噪声为主并且集中在轴频与其整数倍频上。并进行增压器压气机噪声检测试验研究,验证了仿真计算结果的正确性。基于多目标遗传算法对压气机叶轮进行结构优化,从而控制其噪声形成。运用多目标遗传算法,针对压气机效率与噪声指标,进行叶轮的结构优化,并提出高效率设计、低声压级设计、综合设计的三种代表性优化方案。优化结果表明,高效率设计方案在不折损噪声性能的前提下,可使压气机效率得到有效提升;低声压级设计方案可保证效率不降低的情况下,使压气机噪声得到有效下降;综合设计方案可均衡提升压气机效率与噪声的性能。
【学位单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U467.493
【部分图文】：

图１－１废气涡轮增压器??．

压气机蜗壳剖面图

一压气机蜗壳二维图
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本文编号：2888893