分流气体对冲排气消声器研究综述.pdf
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1、内燃机与配件w w w n r j p j c n产业研究分流气体对冲排气消声器研究综述王晶(内蒙古农业大学 机电工程学院,内蒙古 呼和浩特 )摘要:分流气体对冲原理是利用声波反相抵消,来降低排气噪声中起主导地位的低频成份;利用气流对冲流速降低,从而减小气流再生噪声的原理,降低其他频带下的噪声.我对基于此原理的分流气体对冲排气消声器研究及现状进行了综述性的介绍,大致按时间顺序,分别对每位研究人员的研究方向、方法及研究成果进行了系统阐述.本文旨在汇总关于分流气体对冲原理所有文献,总结其成果、方法与不足,便于读者对此原理所做消声器有所认识,为未来的研究及应用提供方向和方法.关键词:分流气体对冲;数
2、值模拟;消声器中图分类号:U 文献标识码:A文章编号:X()R e v i e wo fS p l i t s t r e a mR u s h i n gE x h a u s tM u f f l e rW a n gJ i n g(C o l l e g eo fM e c h a n i c a l&E l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g,I n n e rM o n g o l i aA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,H o h h o t ,C h i n a)A b s t r a c
3、t:T h ep r i n c i p l eo f s p l i t s t r e a mr u s h i n g i s t ou s e s o n i c i n v e r t i n go f f s e t t o r e d u c e t h ed o m i n a n t l o wf r e q u e n c yp a r to f e x h a u s tn o i s e;T h ea i r f l o wh e d g i n gs p e e d i sr e d u c e dt or e d u c et h ep r i n c i p l
4、eo fa i r f l o wr e g e n e r a t i o nn o i s ea n d r e d u c e t h en o i s eu n d e r o t h e r f r e q u e n c yb a n d s I h a v em a d e a no v e r v i e wo f t h e r e s e a r c ha n dc u r r e n ts i t u a t i o no f s p l i t s t r e a mr u s h i n ge x h a u s tm u f f l e rb a s e do nt
5、 h i sp r i n c i p l e,a n ds y s t e m a t i c a l l ye x p o u n d e dt h e i rr e s e a r c hd i r e c t i o n,m e t h o da n dr e s e a r c hr e s u l t s i nc h r o n o l o g i c a l o r d e r,i nt h eu n i t o f e a c hr e s e a r c h e r T h ep u r p o s eo f t h i sp a p e r i st os u mm a
6、r i z ea l l t h el i t e r a t u r eo nt h ep r i n c i p l eo fs p l i t s t r e a mr u s h i n g,s u mm a r i z ei t sr e s u l t s,m e t h o d sa n ds h o r t c o m i n g s,f a c i l i t a t e t h e r e a d e r su n d e r s t a n d i n go f t h i sp r i n c i p l eo f s i l e n c e r,a n dp r o
7、v i d ed i r e c t i o na n dm e t h o df o r f u t u r er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n K e yw o r d s:S p l i t s t r e a mr u s h i n g;N u m e r i c a l s i m u l a t i o n;M u f f l e r基金项目:基于分流对冲消声原理的柴油机消声器气流调控方法研究(M S )作者简介:王晶(),女,内蒙古呼伦贝尔市,汉族,硕士,工程测试与控制技术.引言排气噪声作为柴油机的噪声源的重要组成部分之一,对人
8、们的身体健康有着极大的危害性,人们通过各种措施使噪声控制在合理的范围内,其中安装排气消声器是最为有效的控制方法.排气消声器可分为抗性消声器、阻性消声器和阻抗复合型消声器三类.阻性消声器通过在消声器内安装吸声材料以达到消声的目的,然而,柴油机排出的气体具有高温、高腐蚀性的特点,一定时间后内部材料会损毁,而与之相比,简单钢结构的抗性消声器则不存在这样的问题.抗性消声器虽然耐久性好,也有其弊端 结构简单、消声量差,结构复杂、排气背压大.消声量和排气背压是一对矛盾的特性,在抗性消声器的研究过程中往往顾此失彼.鉴于此,课题组提出了分流气体对冲消声原理,该原理通过对冲降低气流速度,在兼顾消声性能的前提下,
9、有效降低消声器内气流速度,减小排气阻力,从而降低消声器排气背压,并减小由气流产生的再生噪声和改善内流场湍动能分布,提升消声器整体性能.基于此原理,课题组进行了各个方向的研究,并取得了一系列相关成果,从各种方面说明了此原理的正确性及优越性.本文对课题组进行的相关研究按研究内容及时间先后顺序进行了分析,证明此原理的正确及优越性,总结相关研究方法与不足,给予未来的研究一定的方向性及启示.第二节阐述了分流对冲消声器研究现状,按不同阶段的原理及结构进行阐述.第三节给出了本文的结论.分流对冲排气消声器研究现状自课题组提出分流气体对冲的原理已十余年,历经多位博、硕士研究生,笔者在此从结构的不同大致将其可以分
10、为三个阶段,对其结构、原理和内容进行阐述.反相对冲消声结构原理及内容 年邵颖丽首次提出了反相对冲消声的新型原理 .基于此原理构建了结构如图的物理模型,工作原理如下:通过隔板对气流进行分流,一部分正常流入消声器外腔,一部分通过U型管延迟半个波长进入外腔,相差半个波长的两股气流由B、C对冲孔流入内腔,声波反相抵消,降低了目标低频成分;气流对冲,降低了整体气流速度,从而减小了气流再生噪声,使得其它频带下的噪声也得以降低.因结构简单,没有穿孔管、穿孔板等易引起排气背压的小孔成分,也没有流通面积的剧烈收缩,气流速度亦得以降低,其排气背压低.年第 期图反相对冲消声单元简图基于上述物理模型,邵颖丽利用声辐射
11、理论对其声学性能进行数学建模,进而推导其传递损失与结构参数之间的关系.通过测试和频谱分析得到C G 型单缸柴油机排气噪声特性,通过奇异值分解技术分解重构获得目标消声频带.以目标消声频带确定三种不同参数的反相对冲消声器.制作消声器后,对此三种消声器进行了种转速下排气噪声的总A声级、倍频程声压级实车测试及详细频谱分析并与不安装消声器及原装消声器进行了对比分析.(不安装消声器指以等长直管代替,以便于噪声测试,后文所提及不安装与此相同.)结果显示种新型消声器均取得较好效果,达到了 d B(A),较原装消声器提高了 d B(A).且相比于原装消声器高频消声性能好、低频消声性能差的特性,新型消声器在低频段
12、具有较好的消声性能,更对应C G 型单缸柴油机的消声频段.这正证明了反相原理的有效性.新型消声器在全频段具有降噪效果,则说明了对冲原理的正确性.年赵志文据邵颖丽提出的消声器,通过模拟仿真和实车验证的方法对其声学性能进行了研究,进一步验证了原理的正确性,同时为消声器设计提供了更多的方法和依据.对冲消声结构原理及内容此部分是反相对冲消声原理到分流对冲消声原理的过渡.此部分以对冲结构为主,除去了U型管结构,分流结构初具模型.薛晶基于气流反相对冲原理,设计了对冲结构,如图所示,并利用F l u e n t软件进行了温度、速度分析试验,通过出入口温度不同验证了能量损耗,由速度变化不明显得出对冲弯管太短的
13、结论,基于此,进一步优化结构,如图所示,增加了对冲弯管长度和分流锥扩张结构,后又出于加工方便的目的进一步将分流锥扩张结构划分为两个圆柱形并进行了三个相同结构的串联,如图、图所示,得到了较为合理的对冲结构.图反相对冲结构三维图 图先扩张后对冲式消声结构三维图 图对冲单元优化设置三维图 图三段对冲单元三维图 年宋佰高提出了一种新型结构排气消声器,并使用计算流体力学的方法对其空气动力学性能进行了分析,进行了结构的优化.最后在实车额定转速下验证了优化 后 的 结 构 的 消 声 性 能 良 好,插 入 损 失 可 达 到 d B,.图分流对冲消声器结构简图宋佰高提出的消声器因局部结构不合理,虽然达到了
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