汽车进排气消声器性能的数值仿真研究
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摘要
汽车发动机进排气噪声是汽车噪声的主要噪声源之一，控制进排气噪声最有效的途径是在进排气系统上使用消声器。设计高消声性能、低阻力损失的消声器已成为目前进排气噪声控制的重要课题。
复杂消声器是由若干基本消声结构组合而成。本文以大型有限元软件ANSYS、专业声学软件SYSNOISE和流体动力学软件FLUENT为平台，综合运用有限元法、有限体积法、模态分析的方法对基本消声单元的声学性能、空气动力性能以及动态特性进行数值仿真计算与分析，分析不同结构参数对消声器性能的影响。
在此基础上，针对某一轻型卡车所装配的消声器的声场及流场进行计算，并对该款消声器进行改进设计与分析。结果表明：通过改进设计使消声器的主要性能与原结构相比有所改善。
本文对进排气系统的消声器进行数值仿真分析，为消声器的设计提供了参考，并且为消声器的改进提供了新的思路与方法，对提高消声器的设计与分析水平具有重要的指导意义。
The intake and exhaust noise of automotive engine is one of main noise sources of automobile noise. The most effective measure to control intake and exhaust noise is using muffler in intake and exhaust system. Designing a muffler with high anechoic performance and low resistance loss has become an important subject on intake and exhaust noise control.
A complex muffler consists of several basic anechoic constructions. With the large-scale finite element software ANSYS, the professional acoustic software SYSNOISE and the fluid dynamic software FLUENT, the computation and analysis of numerical simulation of acoustic performance, aerodynamic performance and dynamic characteristics of basic anechoic units are carried out in this thesis through a comprehensive application of the finite element method, finite volume method and modal analysis. Then the influence of different structural parameters on the performance of muffler is further analyzed.
Based on those, the paper makes analysis on the acoustic field and the flow field of muffler mounted on a light truck, then it brings forward and analyzes an improved design. The results show that the major performances of the muffler in the improved design are enhanced compared with the original construction.
The numerical simulation of intake and exhaust muffler in this thesis can provide reference and new method for muffler design. It is of important instructional significance for improving the design and analysis of muffler.
复杂消声器是由若干基本消声结构组合而成。本文以大型有限元软件ANSYS、专业声学软件SYSNOISE和流体动力学软件FLUENT为平台，综合运用有限元法、有限体积法、模态分析的方法对基本消声单元的声学性能、空气动力性能以及动态特性进行数值仿真计算与分析，分析不同结构参数对消声器性能的影响。
在此基础上，针对某一轻型卡车所装配的消声器的声场及流场进行计算，并对该款消声器进行改进设计与分析。结果表明：通过改进设计使消声器的主要性能与原结构相比有所改善。
本文对进排气系统的消声器进行数值仿真分析，为消声器的设计提供了参考，并且为消声器的改进提供了新的思路与方法，对提高消声器的设计与分析水平具有重要的指导意义。
The intake and exhaust noise of automotive engine is one of main noise sources of automobile noise. The most effective measure to control intake and exhaust noise is using muffler in intake and exhaust system. Designing a muffler with high anechoic performance and low resistance loss has become an important subject on intake and exhaust noise control.
A complex muffler consists of several basic anechoic constructions. With the large-scale finite element software ANSYS, the professional acoustic software SYSNOISE and the fluid dynamic software FLUENT, the computation and analysis of numerical simulation of acoustic performance, aerodynamic performance and dynamic characteristics of basic anechoic units are carried out in this thesis through a comprehensive application of the finite element method, finite volume method and modal analysis. Then the influence of different structural parameters on the performance of muffler is further analyzed.
Based on those, the paper makes analysis on the acoustic field and the flow field of muffler mounted on a light truck, then it brings forward and analyzes an improved design. The results show that the major performances of the muffler in the improved design are enhanced compared with the original construction.
The numerical simulation of intake and exhaust muffler in this thesis can provide reference and new method for muffler design. It is of important instructional significance for improving the design and analysis of muffler.
引文
[1]洪宗辉，潘仲麟，环境噪声控制工程[M]．北京：高等教育出版社，2002
[2]吴丹，轻型载货汽车车外噪声的分析与控制．吉林大学硕士学位论文，2005，05
[3]柴大林，车用扩张腔消声结构流体力学与声学性能的研究．天津大学硕士学位论文，2005，01
[4]孙林．国内外汽车噪声法规和标准的发展．汽车工程，2000，22(3)：154-158
[5]徐兀，汽车振动和噪声控制[M]．北京：人民交通出版社，1987
[6]庞剑，湛刚，何华，汽车噪声与振动-理论与应用[M]．北京：高等教育出版社，2002
[7]阮登芳，共振式进气消声器设计理论及其应用研究．重庆大学博士学位论文，2005，05
[8]周湧麟 李树珉．汽车噪声原理、检测与控制[M]．北京：中国环境科学出版社，1992
[9] 黎志勤，黎苏．汽车排气系统噪声与消声器设计[M]．北京：中国环境出版社，1991．
[10]马家义，消声器内部流场声场特性研究．吉林大学硕士学位论文，2005，05
[11]陶丽芳，汽车发动机排气系统性能分析研究．重庆大学硕士学位论文，2005，06
[12]P.C.-C.Lai, W.Soedel. Two-Dimensional Analysis of Thin Shell- or Plate-Like Muffler Elements of Non-Uniform Thickness. [J].JSV(1996) 195(3), 445-475
[13]Omid Z.Mehdizadeh, Marius Paraschivoiu. A Three-Dimensional Finite Element Approach for Predicting the Transmission Loss in Mufflers and Silencers with No Mean Flow[J].Applied Acoustics ,2005, 66, 902-918
[14]T.W.Wu, P.Zhang. Boundary Element Analysis of Mufflers with an Improved Method for Deriving the Four-Pole Parameters. [J].JSV(1998) 217(4), 767-779
[15]黄其柏，穿孔管消声器消声性能研究[J]．农业机械化学报，1990．03
[16]季振林，直通穿孔管消声器声学性能计算机分析[J]．哈尔滨工程大学学报，2005：302-306
[17]黄其柏，计及气流和线性温度梯度的内插管扩张式消声器理论研究[J]．声学技术，1997：50-53
[18]盛胜我，传递矩阵法分析抗性消声器消声性能的程序设计．同济大学科技情报站，1 983
[19]A.Selamet, N.S.Dickey, J.M.Novak. A Time-Domain computational Simulation of Acoustic Silencer[J].JSV(1995) 117,323-331
[20]A.Selamet, N.S.Dickey, J.M.Novak. MUTI-PASS PERFORAMED TUBE SILENCERS: A COMPUTATIONAL APPROACH[J].JSV(1998) 211(3),,435-448.
[21]李增刚，SYSNOISE Rev5．6详解[M]．北京：国防工业出版社,2005，08
[22]王福军．计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用[M]．北京：清华大学出版社，2004
[23]张振良，发动机进气消声器研究．重庆大学硕士学位论文，2003，06
[24]王耀前，消声器性能三维有限元计算方法的讨论．江苏大学硕士学位论文，2003，06
[25]赵松龄，噪声的的降低与隔离(下)[M]．上海：同济大学出版社，1989,04
[26]潘仲麟，翟国庆，噪声控制技术[M]．化学工业出版社，2006，04
[27]王晶，刘美莲，冯涛，消声器传递特性的有限元分析方法[J]．北京工商大学学报，2005．07
[28]丁万龙，消声器的数值仿真分析．吉林大学硕士学位论文，2003，03
[29]李景渊，发动机进气系统性能分析研究．重庆大学硕士学位论文，2005，06
[30]方忠甫，刘正士．形状参数对消声器性能影响的数值分析[J]．噪声与振动控制，2006，3：96～98
[31]黄继嗣，内燃机排气消声器声学和阻力特性研究．哈尔滨工程大学硕士学位论文，2006，01
[32]施卫东，叶忠明，刘建瑞等．一种新型射流式自吸泵进口流场的数值模拟[J]．农业机械学报，2006，37(10)：50～52，61
[33]黄思，王国玉．离心泵内流场非对称性及受力的三维数值模拟[J]．农业机械学报，2006，37(10)：66～69
[34]孙晋美，阻性消声器空气动力性能的理论及实验研究．山东科技大学硕士学位论文，2004，03
[35]杨万里，陈燕，邓小龙．乘用车排气系统模态分析数值模型研究[J]．三峡大学学报，2005，27(4)：345～347
[36]黄其柏．工程噪声控制学[M]．武汉：华中科技大学出版社，1999，08
[37]唐金花，特种车辆驾驶室内部噪声分析研究．南京理工大学硕士学位论文，2006，06
[38]刘伯谭，李洪亮，潘书杰．复杂汽车消声器内部流场数值模拟[J]．天津汽车，2006，2：21～24
[39]胡效东，周以齐，方建华等．关于发动机排气管消声器的研究[J]．机电产品开发与创新，2006，19(1)：64～67
[40]A.S.BONNET-BENDHIA, D.DRISSI, N.GMATI. Simulation of Muffler's Transmission Losses by A Homogenized Finite Element Method [J].Journal of Computational Acoustics,2004, 12(3), 447-474
[41]A.Selamet, F.D.Denia, A.J.Besa. Acoustic behavior of circular dual-chamber mufflers[J].JSV265(2003), 967-985
[42]刘丽萍，肖福明，陶莉莉．消声器结构对气流再生噪声的影响[J]．农业机械 学报，2005，36(4)：48～50
[43]陆森林，刘红光．内燃机排气消声器性能的三维有限元计算及分析[J]．内燃机学报，2003，21(5)：346～350
[44]胡效东，周以齐，方建华．单双腔抗性消声器的压力损失CFD研究[J]．中国机械工程，2006，17(24)：2567～2572
[45]谷芳，刘伯谭，李洪亮等．基于并行计算的消声器三维数值模拟[J]．天津大学学报，2006，39：42～46．
[46]周剑平．精通Origin 7．0[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2004，03
[47]苏铭德，黄素逸．计算流体力学基础[M]．北京：清华大学出版社，1997，03
[48]刘国庆，杨庆东．ANSYS工程应用教程-机械篇[M]．北京：中国铁道出版社，2003，01
[49]吴炎庭，袁卫平．内燃机噪声振动与控制[M]．北京：机械工业出版社，2005，05
[50]福田基一，奥田襄介．噪声控制与消声设计[M]．北京：国防工业出版社，1982，04
[51]韩占忠，王敬，兰小平．FLUENT流体工程仿真计算实例与应用[M]．北京：北京理工大学出版社，2004，06
[52]王富耻，张朝晖．ANSYS10.0有限元分析理论与工程应用[M]．北京：电子工业出版社，2006
[53]陈魁．试验设计与分析[M]．北京：清华大学出版社，2005．
[2]吴丹，轻型载货汽车车外噪声的分析与控制．吉林大学硕士学位论文，2005，05
[3]柴大林，车用扩张腔消声结构流体力学与声学性能的研究．天津大学硕士学位论文，2005，01
[4]孙林．国内外汽车噪声法规和标准的发展．汽车工程，2000，22(3)：154-158
[5]徐兀，汽车振动和噪声控制[M]．北京：人民交通出版社，1987
[6]庞剑，湛刚，何华，汽车噪声与振动-理论与应用[M]．北京：高等教育出版社，2002
[7]阮登芳，共振式进气消声器设计理论及其应用研究．重庆大学博士学位论文，2005，05
[8]周湧麟 李树珉．汽车噪声原理、检测与控制[M]．北京：中国环境科学出版社，1992
[9] 黎志勤，黎苏．汽车排气系统噪声与消声器设计[M]．北京：中国环境出版社，1991．
[10]马家义，消声器内部流场声场特性研究．吉林大学硕士学位论文，2005，05
[11]陶丽芳，汽车发动机排气系统性能分析研究．重庆大学硕士学位论文，2005，06
[12]P.C.-C.Lai, W.Soedel. Two-Dimensional Analysis of Thin Shell- or Plate-Like Muffler Elements of Non-Uniform Thickness. [J].JSV(1996) 195(3), 445-475
[13]Omid Z.Mehdizadeh, Marius Paraschivoiu. A Three-Dimensional Finite Element Approach for Predicting the Transmission Loss in Mufflers and Silencers with No Mean Flow[J].Applied Acoustics ,2005, 66, 902-918
[14]T.W.Wu, P.Zhang. Boundary Element Analysis of Mufflers with an Improved Method for Deriving the Four-Pole Parameters. [J].JSV(1998) 217(4), 767-779
[15]黄其柏，穿孔管消声器消声性能研究[J]．农业机械化学报，1990．03
[16]季振林，直通穿孔管消声器声学性能计算机分析[J]．哈尔滨工程大学学报，2005：302-306
[17]黄其柏，计及气流和线性温度梯度的内插管扩张式消声器理论研究[J]．声学技术，1997：50-53
[18]盛胜我，传递矩阵法分析抗性消声器消声性能的程序设计．同济大学科技情报站，1 983
[19]A.Selamet, N.S.Dickey, J.M.Novak. A Time-Domain computational Simulation of Acoustic Silencer[J].JSV(1995) 117,323-331
[20]A.Selamet, N.S.Dickey, J.M.Novak. MUTI-PASS PERFORAMED TUBE SILENCERS: A COMPUTATIONAL APPROACH[J].JSV(1998) 211(3),,435-448.
[21]李增刚，SYSNOISE Rev5．6详解[M]．北京：国防工业出版社,2005，08
[22]王福军．计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用[M]．北京：清华大学出版社，2004
[23]张振良，发动机进气消声器研究．重庆大学硕士学位论文，2003，06
[24]王耀前，消声器性能三维有限元计算方法的讨论．江苏大学硕士学位论文，2003，06
[25]赵松龄，噪声的的降低与隔离(下)[M]．上海：同济大学出版社，1989,04
[26]潘仲麟，翟国庆，噪声控制技术[M]．化学工业出版社，2006，04
[27]王晶，刘美莲，冯涛，消声器传递特性的有限元分析方法[J]．北京工商大学学报，2005．07
[28]丁万龙，消声器的数值仿真分析．吉林大学硕士学位论文，2003，03
[29]李景渊，发动机进气系统性能分析研究．重庆大学硕士学位论文，2005，06
[30]方忠甫，刘正士．形状参数对消声器性能影响的数值分析[J]．噪声与振动控制，2006，3：96～98
[31]黄继嗣，内燃机排气消声器声学和阻力特性研究．哈尔滨工程大学硕士学位论文，2006，01
[32]施卫东，叶忠明，刘建瑞等．一种新型射流式自吸泵进口流场的数值模拟[J]．农业机械学报，2006，37(10)：50～52，61
[33]黄思，王国玉．离心泵内流场非对称性及受力的三维数值模拟[J]．农业机械学报，2006，37(10)：66～69
[34]孙晋美，阻性消声器空气动力性能的理论及实验研究．山东科技大学硕士学位论文，2004，03
[35]杨万里，陈燕，邓小龙．乘用车排气系统模态分析数值模型研究[J]．三峡大学学报，2005，27(4)：345～347
[36]黄其柏．工程噪声控制学[M]．武汉：华中科技大学出版社，1999，08
[37]唐金花，特种车辆驾驶室内部噪声分析研究．南京理工大学硕士学位论文，2006，06
[38]刘伯谭，李洪亮，潘书杰．复杂汽车消声器内部流场数值模拟[J]．天津汽车，2006，2：21～24
[39]胡效东，周以齐，方建华等．关于发动机排气管消声器的研究[J]．机电产品开发与创新，2006，19(1)：64～67
[40]A.S.BONNET-BENDHIA, D.DRISSI, N.GMATI. Simulation of Muffler's Transmission Losses by A Homogenized Finite Element Method [J].Journal of Computational Acoustics,2004, 12(3), 447-474
[41]A.Selamet, F.D.Denia, A.J.Besa. Acoustic behavior of circular dual-chamber mufflers[J].JSV265(2003), 967-985
[42]刘丽萍，肖福明，陶莉莉．消声器结构对气流再生噪声的影响[J]．农业机械 学报，2005，36(4)：48～50
[43]陆森林，刘红光．内燃机排气消声器性能的三维有限元计算及分析[J]．内燃机学报，2003，21(5)：346～350
[44]胡效东，周以齐，方建华．单双腔抗性消声器的压力损失CFD研究[J]．中国机械工程，2006，17(24)：2567～2572
[45]谷芳，刘伯谭，李洪亮等．基于并行计算的消声器三维数值模拟[J]．天津大学学报，2006，39：42～46．
[46]周剑平．精通Origin 7．0[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2004，03
[47]苏铭德，黄素逸．计算流体力学基础[M]．北京：清华大学出版社，1997，03
[48]刘国庆，杨庆东．ANSYS工程应用教程-机械篇[M]．北京：中国铁道出版社，2003，01
[49]吴炎庭，袁卫平．内燃机噪声振动与控制[M]．北京：机械工业出版社，2005，05
[50]福田基一，奥田襄介．噪声控制与消声设计[M]．北京：国防工业出版社，1982，04
[51]韩占忠，王敬，兰小平．FLUENT流体工程仿真计算实例与应用[M]．北京：北京理工大学出版社，2004，06
[52]王富耻，张朝晖．ANSYS10.0有限元分析理论与工程应用[M]．北京：电子工业出版社，2006
[53]陈魁．试验设计与分析[M]．北京：清华大学出版社，2005．