內燃機進、排氣系統(tǒng)聲學分析的三維時域脈沖法.pdf

1、進、排氣系統(tǒng)是內燃機的重要部件，其聲學特性是決定進、排氣噪聲大小的關鍵因素。進、排氣系統(tǒng)聲學特性不僅與本身結構有關，還受貫穿其中的進、排氣氣流影響。進、排氣系統(tǒng)聲學特性的分析方法包括頻域和時域方法，頻域方法在分析氣流的聲學影響時具有局限性;時域方法，尤其是三維計算流體動力學法(ComputationalDynamicFluid-CFD)能彌補頻域方法在這方面的不足，可以直接求解系統(tǒng)受平均流作用時的聲學特性。
　　本文提出一種以CF

2、D為理論依據，以脈沖為聲源輸入，以分析進、出口時域脈動信號為手段，通過合理使用無反射邊界和反射邊界，求解氣流管道系統(tǒng)傳遞損失、消聲量和四極子矩陣等聲學特性的三維時域脈沖法。在無平均流和有平均流兩種條件下，研究三維時域脈沖法的相關問題，包括:邊界條件設置、求解器設置、無法蘭開口末端的模擬、平均氣流和溫度場的加載、湍流模型、模型網格等。計算傳遞損失時，出口設為無反射邊界;計算消聲量時，通過等效延長管法或直接建模法模擬無法蘭開口末端邊界。分析

3、各種方法的計算結果，研究與聲波傳播方向相反或相同的平均流對管道系統(tǒng)聲學特性的影響。研究求解管道系統(tǒng)四極子矩陣——散射矩陣和傳遞矩陣的三維時域脈沖方法，結合進、排氣口的頻域聲學特性，可計算在進、排氣氣流作用下管道系統(tǒng)的消聲量和阻抗，解決了三維時域脈沖法模擬進、排氣口聲學特性不夠準確的問題。進、排氣系統(tǒng)內往往含有多孔吸聲材料，比如進氣空濾器的濾芯和排氣消聲器內的玻璃纖維。提出一種基于仿真-實驗結果擬合的方法，提取多孔材料的聲學參數。重點研究

4、了多孔材料的三維CFD模擬方法;與實驗測量結果比較，對比了三維時域脈沖法和聲學有限元法的特點。
　　利用三維時域脈沖法完成了三個工程實例。1，采用三維時域脈沖法研究渦輪增壓內燃機的壓氣機出口消聲器在高速氣流作用下的聲學性能;結合壓氣機出口噪聲的測量實驗，評估了消聲器對壓氣機出口高頻噪聲的衰減能力;依據三維時域脈沖法，對消聲器進行聲學優(yōu)化，以提高其聲學性能。2，應用三維時域脈沖法計算排氣消聲器在高溫排氣作用下的傳遞矩陣，求解其傳遞損

5、失和消聲量，發(fā)現600Hz內排氣消聲器的消聲性能隨馬赫數和溫度的升高降低;根據多負載最小二乘法提取的聲源和三維時域脈沖法計算的排氣系統(tǒng)傳遞矩陣，預測排氣噪聲，預測結果在600Hz內的誤差較小，其中2階、4階、6階和8階成分的計算值與測量值吻合良好。3，結合進氣噪聲源和三維時域脈沖法計算的進氣系統(tǒng)聲學特性，預測進氣噪聲，與測量值對比，分析誤差產生的原因和總結工作中需要改進之處;針對進氣噪聲的突出成分，對進氣系統(tǒng)進行聲學優(yōu)化，同時計算了優(yōu)化