基于有限元法的汽车排气消声器性能分析

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1、·现代设计与先进制造技术·贾骁李舜酩衡芳明等基于有限元法的汽车⋯⋯35基于有限元法的汽车排气消声器性能分析贾骁，李舜酩，衡芳明，江星星，张袁元，丘水应生(南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016)摘要：为有效降低某汽车的排气噪声，以其消声器为研究对象，运用有限元前处理软件Hypermesh建立了消声器流场与声场模型，基于有限体积法分析了消声器内部流场特征，获得声场计算的温度、流速等边界条件，运用LMS．Sysnoise计算消声器声学性能，分析了传递损失频率特性，为该消声器的改进与优化设计提供了依据。关键词：汽车；排气消声器；有限元；流体性能

2、；传递损失中图分类号：TK411文献标识码：A文章编号：1672—1616(2012)23—0035—04发动机噪声是汽车噪声的主要组成部分，它是体，即媒质中不存在粘滞性，声波在这种理想媒质由多种声源发出的噪声组合而成的，主要包括空气中传播没有能量耗损。(2)没有声扰动时，媒质在动力噪声和结构噪声。空气动力性噪声主要由进宏观上是静止的，同时媒质是均匀的，因此媒质中气噪声、排气噪声，以及其他的如增压器和风扇引静态压强P。、静态密度P。都是常数。(3)声波传播起的气流噪声等组成；结构噪声主要是结构受到燃过时，媒质中稠密和稀疏的过程是绝热的。(4)媒烧激振力

3、和机械激振力的作用，产生表面振动而形质中传播的是小振幅声波，各声学参量都是一级微成的噪声。在发动机的噪声源中，一般排气噪声约量，即声压P甚小于媒质中静态压强P。；质点速度占总噪声的30％，是所有噪声源中所占比例最大甚小于声速C。，质点位移甚小于声波波长A；媒的一个，比其他的整机噪声高出l0一l5dB，在对质密度增量甚小于静态密度P。汽车进行噪声控制时，必须对排气噪声采取措施，1．1．1连续方程即进行排气消声器设计⋯。因此，设计制造低噪连续方程就是质量守恒定律，即单位时间内进声汽车，研制性能良好的消声器是汽车设计人员的出流体介质微团的质量之差等于微团内质

4、量的变重要任务之一。化率。方程为：随着计算机的发展，新材料、新技术的成熟与：一P。7(1)应用，消声器的设计方法也日趋完善。应用现代仿a真技术进行消声器设计，特别是有限元方法，不仅1．1．2运动方程可以模拟任意复杂的消声器，而且计算结果准确性运动方程是由牛顿第二定律推导而得，即作用好，可以实现在短时间内对多个方案进行设计和分于流体微团上的合力，等于流体微团的动量变化析，从而有效指导试验工作，既减低成本，又提高试率。方程为：验效率，缩短开发周期。Vp—p。(2)1消声器基本理论7p=(@／Ox)f+(@／ay)j+(@／az)k(3)l，=Vxf++vz

5、k’(4)1．1理想流体媒介中的声波方程式中：7p是声压在空间声场分布的梯度；’，是质点声波传播的一般情况涉及三维空间，下面给出三维空间内在理想流体媒质中声波传播的一般关振动速度J。系。声场的特征可以通过媒质中的声压、质点速度1．1．3物态方程和密度的变化量来表示。为了使问题简化，必须对声波在理想媒质中传播时没有热交换，因此可媒质和声波方程作出如下假设：(1)媒质为理想流以列出一定质量的理想气体的绝热物态方程为：收稿日期：2012—05—16作者简介：贾骁(1990一)，男，河南濮阳人，南京航空航天大学本科生，专业为车辆工程。362012年12月中国制

6、造业信息化第41卷第23期业：c塑(5)进行较深入的分析时也可用窄带谱来表示。消声OtOt频率范围就是指消声量显著的频率或频带，这方面c=7P／o0：yRT(6)没有统一的定量评价指标，一般要求所消声的有效式中：为比热比，对于空气，y=1．4；尺为通用气频带范围越宽越好，在人敏感的频率范围应有足够体常数。故声速c=20．5√71。的消声量，声源辐射噪声大的频段应有较大的消声1．1．4波动方程量，这样可以使消声降噪的效果比较好。由上述3个基本方程，可以导出波动方程为1．2．3阻力损失对于车用排气消声器，通常用功率损失比来评d4．2=cVP(7)价消声器的

7、空气动力性能，它反映了消声器的阻力式中拉普拉斯算子的取值分为3种情况。损失对内燃机性能的影响。消声器的功率损失比直角坐标系：定义为：内燃机在标定工况下不装消声器时的功率v：乓+乓+乓P。与装消声器后的功率P：之差与不装消声器时aaya功率的比值，即：柱面坐标系：×1(】。％(10)V=(r杀)+102+02一般要求功率损失R<5％。此外，还可以用球面坐标系：压力损失来评价消声器的空气动力性能从而间接V=10r(＼rOr1／+地评价其功率损失。压力损失通常指消声器入口or和出口的全压差。(sin)+1021．2消声器性能的评价指标2消声器性能仿真消声器的

8、性能评价指标主要有3项：消声量、2．1三维几何模型的建立消声频率范围及阻力损失。本文研究的排气