柴油機(jī)三合一后處理器聲學(xué)性能的研究.pdf

1、隨著國家開始提高噪聲控制和排放法規(guī)的要求，柴油機(jī)對后處理器的要求也越來越高。不僅需要起到良好的降噪效果，同時還要起到降低有害排放物、提高能源利用率的作用。在現(xiàn)有的柴油機(jī)排氣系統(tǒng)中，一般包括消聲裝置、尾氣凈化裝置和換熱裝置三個部分。消聲裝置主要是用來減少柴油機(jī)的排氣噪聲，減少排氣噪聲對環(huán)境的污染和對人體的傷害。尾氣凈化裝置主要用于凈化尾氣中的有害成分，以減小對環(huán)境的污染;換熱裝置則是利用換熱管中流動的冷卻水與高溫排氣間的熱交換，在寒冷的冬

2、天對車廂進(jìn)行供暖，從而提高能量的利用率。本文研究的柴油機(jī)三合一后處理器，將傳統(tǒng)消聲器的消聲模塊與尾氣凈化模塊、換熱模塊集成在一起，不僅縮小了安裝空間，而且達(dá)到了消聲、尾氣凈化和換熱的作用。本文采用實(shí)驗(yàn)研究、有限元法和傳遞矩陣法三種方法，研究了三合一后處理器的聲學(xué)性能。
　　本文首先對三合一后處理器的研究狀況進(jìn)行了介紹。通過介紹消聲器設(shè)計(jì)的相關(guān)理論基礎(chǔ)和尾氣排放物中的有害成分，柴油機(jī)排氣噪聲的種類及其控制措施，尾氣排放物中有害成分及

3、其控制措施和消聲器的評價指標(biāo)，為后面的研究奠定基礎(chǔ)。
　　然后，通過實(shí)驗(yàn)研究，對三合一后處理器進(jìn)行了整體聲學(xué)性能的分析。對三合一后處理器的聲學(xué)性能、空氣動力性能和燃油經(jīng)濟(jì)性能評價，選擇整體聲學(xué)性能較好的三合一后處理器結(jié)構(gòu)A，為后文中使用有限元法和理論研究對A結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部聲學(xué)性能的分析做準(zhǔn)備。
　　其次，闡述了實(shí)驗(yàn)研究只能進(jìn)行整體聲學(xué)性能分析的局限性，而有限元法可以對三合一后處理器進(jìn)行局部聲學(xué)性能的分析。使用聲學(xué)模擬軟件Vir

4、tual.LabAcoustics，對三合一后處理器中的消聲模塊、催化載體模塊和換熱模塊進(jìn)行了分析，以揭示每個模塊對后處理器聲學(xué)性能的影響。為了證明仿真結(jié)果的可靠性，根據(jù)排氣頻譜，將計(jì)算得到的傳遞損失換算為柴油機(jī)運(yùn)行工況下相對應(yīng)的插入損失。其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了仿真的有效性。
　　最后，闡述了傳遞矩陣法與有限元法相比，在進(jìn)行三合一后處理器聲學(xué)性能計(jì)算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化時的優(yōu)點(diǎn)。第一，利用傳遞矩陣法推導(dǎo)了穿孔直通型、穿孔擴(kuò)張型結(jié)構(gòu)

5、、穿孔收縮型結(jié)構(gòu)、催化載體的傳遞矩陣。通過Matlab編程對每一個穿孔管結(jié)構(gòu)的傳遞損失進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與三維模擬分析結(jié)果比對，結(jié)果表明數(shù)值解耦分析法與有限元法在中低頻率范圍內(nèi)具有較高的精度。第二，將直通型蜂窩載體看作是由一定數(shù)量的細(xì)長直管構(gòu)成，每根直管認(rèn)為是剛性直管并且相互獨(dú)立。根據(jù)直管是平行的關(guān)系，可以得到該催化載體的聲傳遞矩陣。通過對簡單擴(kuò)張腔消聲器和裝有催化載體的同款消聲器的傳遞損失進(jìn)行比較，驗(yàn)證了催化載體在中高頻段具有良好