排气消声器内部结构参数分析与优化文献综述
2020-05-01 08:05
1．目的及意义
汽车排气噪音来源于废气被气缸排出后的自身的震动。废气的流速越快，震动幅度越大，噪音也更大。发动机的排气压力约为0.3-0.5MPa，温度约500-700℃，排气有一定的能量。同时，由于排气的间歇性，在排气管内引起排气压力的脉动。如果将发动机排气直接排放到大气中，势必产生强烈的噪声。若不加消声器，在一定速度下，噪声可达100分贝以上，这会对人耳造成听力损害同时也会导致严重的噪音污染。因此，在排气系统中加上消声器，可使汽车排气噪声降低20-30分贝，并使高温废气能安全有效地排出。对排气消声器的内部结构参数进行分析与优化，对于提高消声器降噪能力有着重要的指导意义，并对提高汽车NVH性能也有一定的推动作用。
根据中国相关噪声法规，GB-1495-2002中规定的小汽车(M1类车辆)车外噪声限值为74dB(A)(分贝)，机动车必须加装排气消声器。对排气消声器进行研究与优化，是提高消声器的消声能力和可靠性的重要举措。
针对排气消声器内部结构参数的分析与优化，国内外学者做了大量研究。国内学者在多方面对消声器的结构和材料做了分析研究。程胜明[1]对发动机与排气系统进行了仿真建模，利用三维声场分析软件Virtual.Lab研究消声器的消声特性，提出了优化方案。麻金贺[2]等人通过与发动机模型耦合得到消声器传递损失曲线与插入损失曲线，依据曲线结果提出消声器的结构优化方案。张昆[3]等人利用仿真软件对不同扩张腔分配比例的消声器模型进行建模和仿真，提出了消声器优化设计方案。张晋源[4]从消声器的插入损失、压力损失两个方面进行比较，并结合消声器的消声特性提出了改进方案。黄龙等人[5]采用双负载法测量消声器的传递损失，利用ACTRAN对消声器结构进行优化。广西大学的罗振华[6]尝试采用不同的方法对消声器的消声性能进行仿真，以寻求更为有效的设计及优化途径。习文辉[7]对消声器的扩张比、扩张腔长度、腔室间隔板穿孔数量等进行了研究。边杰[8]等人发现了改进结构的主消声器对排气噪声有较明显的影响，但对发动机性能和排气系统的气动参数影响不大。张袁元等人[10]综合了压力损失、流体再生噪声和声学性能，通过减小穿孔直径、减少穿孔结果和增加共振腔等措施减小了柴油机的排气噪声。李洪亮等人[9]利用传递矩阵法，发现了背压主要集中在主消声器上，也是涡流最严重的部位。曾建邦等人[11]发现消声器传递损失随着扩张比增大而增大，但增大幅度不断减小。陈志林等人[12]通过建立声学理论模型进行声学分析，得出轴向长度差异对消声量也有影响的结论。田翠翠等人[13]对吸声材料对消声器性能影响进行了研究，发现吸声材料主要吸收中高频段噪声。
国外学者也做了大量研究。Yixiang HU等人[14]针对膨胀式消声器的声学性能，对膨胀式消声器的内部声场、流场、温度场和流动再生噪声进行了研究，发现消声器内部流体流动的存会使传递损失向低频方向移动。Jianhui Ma等人[15]对消声器的设计对发动机功率损失的影响进行了研究，得到了消声器内部声压分布和插入损失随频率的变化规律。Zhu ming-yi等人[16]对某车型消声器的性能进行了仿真分析与研究，改善后的插入损失提高了1-3dB（A）。Xin-tan MA等人[17]在有限元的基础上，计算了传递损失，发现膨胀比影响传递损失幅值，膨胀腔长度影响衰减频带宽度。Hanida Abdullah等人[18]用传递矩阵法对排气消声器的传递损失进行了数值分析，开发了一个预测消声器传递损失的程序。Yongguang CHEN等人[19]分析了消声器容积计算的三种公式，讨论了这些公式的主要选择因素。Prakash Chandra等人[20]对穿孔和混合燃料的使用对消声器性能的影响进行了研究，发现穿孔可以使背压降低使用混合燃料会增加排气温度。{title}2. 研究的基本内容与方案
{title}2．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施
2.1研究（设计）的基本内容
此次研究以汽车排气消声器的分析与优化为背景，以流体动力学和声学为指导理论，基于GT-Power建模分析，主要研究内容如下：
（1） 了解消声器工作原理、内部结构单元和掌握消声器的设计过程；
（2） 根据消声器设计理论利用gem3D建立不同内部结构的消声器；
（3） 利用仿真软件（GT-Power）分析消声器的性能，比较其优劣。
