导　　师： 倪计民

学科专业： H0703

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 同济大学汽车学院

摘　　要： 排气系统不仅要衰减发动机的排气噪声，还要具有良好的流动性能，因此声学性能与空气动力学性能是排气系统最主要的性能指标。本文主要研究椭圆消声器以及催化器的声学性能及流动性能。 本文的主要工作可以概括为以下几个方面： 1)文中利用声学边界元研究消声器内部管道修正问题，并分别分析有内插管和无内插管时简单扩张腔的传递损失。如果管端修正值过小，会使当量长度超过理论长度(扩张腔长度的1/2或1/4)，结果使峰值向左(低频)移动，减弱消除通过频率的效果；如果修正值过大，会使当量长度短于理论长度(扩张腔长度的1/2或1/4)，结果使峰值向右(高频)移动，同样会减弱消除通过频率的效果。结合上面的规律，将一维平面波理论计算出来的传递损失与边界元法计算出来的传递损失对比，可以用来求修正系数。利用该方法求出本课题所研究消声器管端修正值为0.4r，而且该方法可以分析其它消声器的管端修正。 2)对一复杂三腔消声器进行空气动力学分析，利用cfd计算出消声器内部的流场和压力场。三维流线图清晰地显示各腔内的涡流情况，总压图反映出各腔对消声器总的压力损失的贡献量。文中还利用虚拟正交法研究导流管的结构参数对消声器压力损失和消声量的影响。正交虚拟试验表明，导流管半径对压力损失和消声量影响最大。导流管半径半径越大，压力损失越小，消声量越小。导流管母线弧度对压力损失和消声量影响比较小，但是对出口管影响相对较大。另外半导流管与全导流管对声学性能的影响差别不大。 3)本文研究椭圆柱腔内的声传播时，针对椭圆腔的情况，引入椭圆双曲柱坐标系。利用分离变量法，先后分离出时间和轴向变量，得到椭圆截面上的微分方程。再次利用分离变量法，还可以分离出关于角向变量的马丢方程和关于径向变量的虚宗量马丢方程。马丢方程的解可以用奇马丢函数和偶马丢函数来表示。利用边界条件可以推导出椭圆截面内声传播的特征值，它分为奇、偶两类特征值，同时对应奇、偶两类特征频率。利用点源激励法推导出椭圆双曲柱坐标系下的传递损失公式。利用该传递损失公式，分析椭圆离心率、轴向长度对典型扩张腔以及反射腔传递损失的影响。同样截面积的椭圆，离心率越大，截止频率越小。椭圆截面与圆截面相比，截面模态多，从而导致中低频通过频率增多。当进、出口，其中一个沿长轴移动到(2，1，0)偶模波节线上，另外一个沿短轴移动到(0，2，1)偶模波节线上，那么可以消除(4，1，0)模态频率以内所有截面模态产生的通过频率。对于本课题所研究的同轴消声器，当椭圆腔中同时拥有l/2内插管和l/4内插管时，至少消除前两阶轴向频率。 4)利用cfd研究催化器内的压力分布，表明催化器内的压力损失主要集中在载体。催化器起燃过程中，随着催化器温度的升高，压力损失也随之增加。 5)催化器载体的声传播可以看成是微孔的声传播问题。本文特别研究圆形微孔和矩形微孔内的声传播，通过对比分析，发现如果低剪切波数时传播常数相等，那么圆形微孔可以代替矩形微孔。在此基础上，推导有气流时微孔管内的声传播，通过化简分离，最终转化为计算kummer方程，而该方程的解可以用合流超线几何函数来表示。为计算催化器内的声学性能，这里结合复声密度和复压缩系数的概念，求出当量声密度和当量声速。这样就可以利用声学有限元来分析催化器载体结构参数、温度和气流速度对催化器传递损失的影响。载体的存在不仅消除一些通过频率，而且能保持一定的中高频衰减性能。孔隙率越小，越能提高衰减性能。温度升高，传递损失也随之升高。气流的存在使中高频衰减性能降低，但对低频的影响不显著。 本文对管端修正以及椭圆消声器的基础研究，对椭圆腔消声器的设计提供必要的理论指导；利用声学有限元研究催化器传递损失的方法也为分析催化器声学性能提供新的思路。

关 键 词： 排气系统 声学性能 流动性能 剪切波数 传递损失

分 类 号： [U464.134.4]

领　　域： [机械工程] [交通运输工程] [交通运输工程]