內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)聲學(xué)分析的三維時(shí)域脈沖法.pdf

1、進(jìn)、排氣系統(tǒng)是內(nèi)燃機(jī)的重要部件，其聲學(xué)特性是決定進(jìn)、排氣噪聲大小的關(guān)鍵因素。進(jìn)、排氣系統(tǒng)聲學(xué)特性不僅與本身結(jié)構(gòu)有關(guān)，還受貫穿其中的進(jìn)、排氣氣流影響。進(jìn)、排氣系統(tǒng)聲學(xué)特性的分析方法包括頻域和時(shí)域方法，頻域方法在分析氣流的聲學(xué)影響時(shí)具有局限性;時(shí)域方法，尤其是三維計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)法(ComputationalDynamicFluid-CFD)能彌補(bǔ)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(shí)的聲學(xué)特性。
　　本文提出一種以CF

2、D為理論依據(jù)，以脈沖為聲源輸入，以分析進(jìn)、出口時(shí)域脈動(dòng)信號(hào)為手段，通過(guò)合理使用無(wú)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(xué)特性的三維時(shí)域脈沖法。在無(wú)平均流和有平均流兩種條件下，研究三維時(shí)域脈沖法的相關(guān)問(wèn)題，包括:邊界條件設(shè)置、求解器設(shè)置、無(wú)法蘭開口末端的模擬、平均氣流和溫度場(chǎng)的加載、湍流模型、模型網(wǎng)格等。計(jì)算傳遞損失時(shí)，出口設(shè)為無(wú)反射邊界;計(jì)算消聲量時(shí)，通過(guò)等效延長(zhǎng)管法或直接建模法模擬無(wú)法蘭開口末端邊界。分析

3、各種方法的計(jì)算結(jié)果，研究與聲波傳播方向相反或相同的平均流對(duì)管道系統(tǒng)聲學(xué)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(shí)域脈沖方法，結(jié)合進(jìn)、排氣口的頻域聲學(xué)特性，可計(jì)算在進(jìn)、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(shí)域脈沖法模擬進(jìn)、排氣口聲學(xué)特性不夠準(zhǔn)確的問(wèn)題。進(jìn)、排氣系統(tǒng)內(nèi)往往含有多孔吸聲材料，比如進(jìn)氣空濾器的濾芯和排氣消聲器內(nèi)的玻璃纖維。提出一種基于仿真-實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合的方法，提取多孔材料的聲學(xué)參數(shù)。重點(diǎn)研究

4、了多孔材料的三維CFD模擬方法;與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果比較，對(duì)比了三維時(shí)域脈沖法和聲學(xué)有限元法的特點(diǎn)。
　　利用三維時(shí)域脈沖法完成了三個(gè)工程實(shí)例。1，采用三維時(shí)域脈沖法研究渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)的壓氣機(jī)出口消聲器在高速氣流作用下的聲學(xué)性能;結(jié)合壓氣機(jī)出口噪聲的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，評(píng)估了消聲器對(duì)壓氣機(jī)出口高頻噪聲的衰減能力;依據(jù)三維時(shí)域脈沖法，對(duì)消聲器進(jìn)行聲學(xué)優(yōu)化，以提高其聲學(xué)性能。2，應(yīng)用三維時(shí)域脈沖法計(jì)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(xiàn)600Hz內(nèi)排氣消聲器的消聲性能隨馬赫數(shù)和溫度的升高降低;根據(jù)多負(fù)載最小二乘法提取的聲源和三維時(shí)域脈沖法計(jì)算的排氣系統(tǒng)傳遞矩陣，預(yù)測(cè)排氣噪聲，預(yù)測(cè)結(jié)果在600Hz內(nèi)的誤差較小，其中2階、4階、6階和8階成分的計(jì)算值與測(cè)量值吻合良好。3，結(jié)合進(jìn)氣噪聲源和三維時(shí)域脈沖法計(jì)算的進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)特性，預(yù)測(cè)進(jìn)氣噪聲，與測(cè)量值對(duì)比，分析誤差產(chǎn)生的原因和總結(jié)工作中需要改進(jìn)之處;針對(duì)進(jìn)氣噪聲的突出成分，對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行聲學(xué)優(yōu)化，同時(shí)計(jì)算了優(yōu)化