中小型柴油机排气消声器设计及声学性能研究_伏军,袁文华_9787568086721

本书以降低中小型柴油机排气噪声、环境污染为目的，结合理论与实验，对柴油机排气消声器的设计及其声学性能进行了深入的研究。前三章阐述了柴油机消声器的研究背景、意义及其研究现状，介绍了性能评价指标和消声器的流场及声学研究理论基础，相关从业人员在本书中能获得噪声控制的相关基础知识。第四章阐述了消声器的设计理论及特点，提出了集净化、消声于一体的净化消声器方案，讨论了净化材料的选取问题。第五、六章介绍了消声器流场及声场仿真建模、求解及分析等具体步骤，并开展了多物理场耦合状态下的消声性能仿真研究，以更真实地反映消声器复杂工况下的工作性能。第七章介绍了消声器空气动力性能测试试验和声学性能测试试验方法，采用遗传算法对消声器结构尺寸进行了优化调整，试验验证了仿真研究的可靠性及其优化效果。第八、九章研究了声学单元及其参数变化对消声器声学性能的影响，相关规律和结论为排气噪声控制工作者提供了一定的工程指导。本书可供从事内燃机工程特别是柴油机消声器方面的研发人员、高等院校相关专业师生和环境保护技术研究人员参考。

柴油机因具有良好的动力性、经济性和耐久性等优点而被广泛地应用在各种动力装置上。但柴油机在工作过程中会持续不断地产生排气噪声，从而对人们的身心健康造成伤害。随着柴油机市面保有量的增加，碳烟及噪声所造成的环境污染也越发严重。伴随着日益严格的环境法规的出台，噪声限值和污染物排放限制都提升到更加严格的水平，因此必须对柴油机采取切实可行的净烟、降噪措施。而柴油机的尾气排放问题长期以来未受到足够重视，甚至一些农用柴油机依旧没有采取尾气净烟措施，且安装的消声器存在消声效果不佳的问题。因此针对单缸柴油机设计具有微粒净化和尾气消声功能的装置并对进行声学上的研究具有非常重要的经济效益和社会效益。本书以国家自然科学基金项目柴油机缸内湍流和化学反应共同作用下的混合气形成机理（91541121）、湖南省优秀青年项目柴油机微粒捕集器喷油助燃再生旋流稳焰特性研究（16B235）、邵阳市科技计划项目柴油车微粒排放后处理系统的研发等为研究依托，以186FA柴油机所匹配的排气消声器为研究对象，以高性能的排气噪声控制和微粒净化控制为研究目标。首先基于柴油机流场的声学理论和性能评价指标，提出一种中小型农用柴油机排气净化消声器的设计方案。然后通过搭建新型净化消声装置试验台架，重点考察该装置在发动机负荷特性下的声压、耗油率和烟度等数据，验证了仿真模型的正确性以及设计方案的可行性；并基于Fluent和LMS软件联合仿真研究消声器流场和消声特性，通过数值仿真得到其内流场的速度云图、压力云图、声压级云图以及传递损失图，计算出相应的压力损失和各频段的传递损失值。同时，在保证净化消声器具有净化功能的前提下，采用遗传算法与传递矩阵方法对净化消声器进行了结构优化，以利于排气净化消声器在特定频段内的降噪。*后对消声器的结构进行优化，针对隔板孔密度、长短轴之比和长径比等结构因子对消声器的流场及声学特性的影响规律进行了探讨研究，总结结构参数的影响规律，为后续进一步改进提供理论依据。本书可为具有微粒净化和尾气消声功能的消声器的结构设计、性能分析、结构改进、结构参数影响规律探讨等提供理论依据和技术参考，其中一些研究方法和成果对其他类型的消声装置的研究也具有重要的参考价值。本书整合了著者指导的研究生课题组部分研究成果，特别感谢陈伟、康文杰、张增峰、徐明辉、郑唯、王伟晟、李放、程越、曹玉刚、吴磊、黄雅兰等人在本书的撰写过程中所做的大量工作。由于作者的水平有限，书中难免出现错误和疏漏，恳请读者批评和指教。

第1章绪论1

1.1研究背景与意义1

1.1.1柴油机排放中微粒的影响2

1.1.2柴油机排放噪声的影响2

1.2排气消声器研究现状3

1.2.1阻性消声器4

1.2.2抗性消声器4

1.2.3阻抗复合式消声器5

1.2.4空气动力学方面的研究进展7

1.2.5声学理论方面的研究进展8

1.2.6多场性能方面的研究进展9

1.2.7传递矩阵方法的研究现状10

1.3排气净化消声器性能研究现状15

1.3.1微粒净化方面的研究进展15

1.3.2消声降噪方面的研究进展16

1.3.3多场耦合方面的研究进展17

1.3.4传递损失方面的研究现状18

1.4项目来源及主要研究内容20

1.4.1项目来源20

1.4.2本书主要的研究内容20

本章参考文献24

第2章消声器的分类及性能评价指标41

2.1消声器的分类41

2.1.1阻性消声器41

2.1.2抗性消声器42

2.1.3阻抗复合式消声器42

2.1.4扩张式消声器43

2.1.5共振式消声器44

2.1.6电子消声器45

2.2消声器性能评价指标46

2.2.1声学性能46

2.2.2空气动力学性能48

2.2.3其他性能49

2.3本章小结50

本章参考文献52

中小型柴油机排气消声器设计及声学性能研究第3章消声器流场及基础声学理论53

3.1流体力学理论基础53

3.1.1流体力学基本概念53

3.1.2一维平面波声学概念55

3.1.3基本控制方程65

3.1.4湍流模型67

3.1.5有限体积法68

3.2声学特性基本理论69

3.2.1声学基本概念69

3.2.2声学基本方程70

3.2.3声波控制方程71

3.3多孔介质理论74

3.3.1渗透能力74

3.3.2吸声属性74

3.3.3多孔吸声材料的作用原理75

3.3.4多孔吸声材料的声学理论模型75

3.4本章小结78

本章参考文献79

第4章净化消声器设计理论及特点81

4.1净化消声器设计理论81

4.2净化消声器设计的特点及结构参数设计82

4.2.1消声器设计的特点82

4.2.2柴油机噪声频谱分析83

4.2.3结构参数设计84

4.3净化吸声材料的选择和设置86

4.3.1吸声材料分类及特征参数86

4.3.2净化材料设置89

4.4净化消声器的方案设计89

4.4.1圆形消声器89

4.4.2方形消声器90

4.5本章小结93

本章参考文献93

第5章消声器流场及声学特性仿真分析95

5.1相关软件介绍95

5.1.1Fluent简介95

5.1.2LMS Virtual. Lab简介95

5.1.3CFD精度问题讨论95

5.2流场仿真试验及其特性分析96

5.2.1模型概述96

5.2.2网格划分96

5.2.3边界条件97

5.2.4流场分析98

5.3声学特性分析100

5.3.1边界条件定义100

5.3.2声压级幅值计算101

5.3.3传递损失分析105

5.4本章小结106

本章参考文献106

第6章消声器多物理场耦合仿真分析107

6.1消声器热声耦合影响特性研究107

6.2消声器流声耦合影响特性研究109

6.3消声器热流声耦合影响特性研究111

6.4消声器声振耦合影响特性研究112

6.5本章小结115

本章参考文献116

第7章消声器结构优化及试验研究117

7.1基于遗传算法的消声器结构优化117

7.1.1遗传算法的基本理论117

7.1.2消声器优化目标与优化条件121

7.1.3排气消声器参数优化123

7.2试验目的及意义125

7.3试验原理125

7.4试验台架系统设计125

7.4.1发动机测控系统125

7.4.2数据采集系统127

7.4.3试验台架系统128

7.5试验数据采集及结果分析129

7.5.1频谱分析132

7.5.2声压分析134

7.5.3耗油率分析135

7.6本章小结135

本章参考文献136

第8章消声器声学单元影响规律研究137

8.1消声器入口端对声学性能的影响137

8.2腔室形状影响规律研究145

8.3净化材料布置影响规律研究146

8.3.1不同厚度净化材料的影响规律146

8.3.2净化材料布置方式的影响规律147

8.4穿孔隔板影响规律研究149

8.4.1有无穿孔隔板的影响149

8.4.2穿孔隔板穿孔数的影响150

8.5本章小结151

第9章消声器结构参数影响规律研究152

9.1孔密度影响规律研究152

9.1.1不同孔密度方案设计152

9.1.2不同孔密度方案下流场特性分析153

9.1.3不同孔密度方案下传递损失分析155

9.2长短轴之比影响规律研究156

9.2.1不同长短轴之比方案设计156

9.2.2不同长短轴之比方案下流场特性分析157

9.2.3不同长短轴之比方案下传递损失分析159

9.3长径比影响规律研究160

9.3.1不同长径比方案设计160

9.3.2不同长径比方案下流场特性分析161

9.3.3不同长径比方案下传递损失分析163

9.4本章小结163

第10章总结与展望165

10.1总结165

10.2有待进一步研究的问题167

你还可能感兴趣

中小型柴油机排气消声器设计及声学性能研究

我要评论