基于三維-一維耦合技術(shù)的汽車進氣諧振器研究.pdf

1、隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車發(fā)動機進氣噪聲已成為影響汽車噪聲的主要噪聲源之一。交通車輛數(shù)量的日益增多而帶來的環(huán)境污染問題已成為影響居民生活、威脅公眾健康的一大公害。目前，人們對排氣噪聲的控制研究比較多，對進氣噪聲的研究還不夠深入，進氣噪聲已成為汽車噪聲控制的重點對象。因此，深入地研究進氣消聲系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前亟待解決的問題。根據(jù)長安杰勛JL486Q1型汽車進氣噪聲大的特點，應(yīng)用三維/一維耦合技術(shù)設(shè)計合理的進氣消聲器，可為今后消聲器的設(shè)計與

2、改進提供參考，同時，可以在產(chǎn)品的設(shè)計階段預(yù)測消聲器的性能和傳遞損失，檢驗安裝諧振器后對發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性的影響，可大大縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本。
　　本文以網(wǎng)格生成軟件GAMBIT、發(fā)動機仿真軟件GT-POWER、專業(yè)聲學(xué)軟件SYSNOISE和流體動力學(xué)軟件FLUENT為平臺，綜合運用有限元法、邊界元法、有限體積法等方法對基本消聲單元的聲學(xué)性能、流場進行了數(shù)值仿真分析。在分析進氣噪聲產(chǎn)生的機理和Helmholts消聲原

3、理的基礎(chǔ)上，應(yīng)用聲學(xué)有限元法分析了Helmholts諧振腔的形狀、體積，連接管的喉口尺寸，主管尺寸等不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對消聲器性能的影響，得出了諧振頻率和消聲量的關(guān)系式;應(yīng)用GT-POWER、FLUENT軟件，結(jié)合有限體積法，根據(jù)該型車汽油機的相關(guān)參數(shù)，建立了發(fā)動機模型以及發(fā)動機與進氣諧振器的聯(lián)合模型，描述了在發(fā)動機工作狀態(tài)下消聲器的流場分布，分析了安裝諧振器以后，發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性、進氣量以及進氣效率等變化情況;基于有限元和邊界元(BEM

4、/FEM)理論，利用GAMBIT、FLUENT中的NASTRAN和SYSNOISE軟件建立諧振器的聲—固耦合模型，研究了諧振器的表面位移響應(yīng)及輻射聲場的變化，分析了諧振器殼體厚度、結(jié)構(gòu)阻尼（材料）等因素變化對聲場的影響;應(yīng)用上述研究成果，利用塑料成型技術(shù)加工了長安杰勛轎車進氣諧振器，針對設(shè)計的消聲器進行實驗研究，分別進行了發(fā)動機性能測試實驗、汽車底盤測功機噪聲實驗和道路噪聲實驗。
　　仿真分析和實驗研究結(jié)果表明:諧振腔的結(jié)構(gòu)參數(shù)對

5、其共振頻率有直接的影響。諧振腔的消聲峰值主要集中在400Hz以內(nèi)的低頻區(qū)域，隨著諧振腔體積增大，消聲峰值向低頻移動，體積相同時，諧振頻率不變，和腔體的高度或面積的變化無關(guān)，諧振器消聲量不隨體積的增大而增大，呈現(xiàn)無規(guī)律的變化;喉口直徑、長度不同，諧振頻率不同，直徑越大，諧振頻率越大，長度越大，諧振頻率向低頻移動;發(fā)動機進氣噪聲主要集中在138Hz、276Hz、366Hz的三個頻率點處，安裝消聲器后，三個頻率點處的進氣噪聲都有不同程度的下降

6、，最大降幅達(dá)7.5dB，車外行駛加速噪聲實驗表明，整車噪聲由89.1dB下降到83.6dB，降幅達(dá)5.5dB，為下一步繼續(xù)降噪奠定了基礎(chǔ);發(fā)動機的功率、燃油消耗量、進氣量以及進氣效率與原車相比沒有明顯變化，平均誤差在5％以內(nèi)。說明所建立的仿真模型能夠很好地預(yù)測消聲器和發(fā)動機的性能指標(biāo)。
　　本文通過理論分析和試驗驗證，創(chuàng)造性提出了諧振腔—喉管體積比與諧振頻率、消聲量的關(guān)系特性，諧振頻率與諧振器體積的換算關(guān)系、主管直徑的變化與消聲量