基于CFD的工程機(jī)械抗性消聲器設(shè)計(jì)與性能分析.pdf

1、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲是工程機(jī)械整機(jī)噪聲中最主要的噪聲源，對于工程機(jī)械整機(jī)噪聲水平的高低有重要的影響。消聲器設(shè)計(jì)水平的提高對于提升我國工程機(jī)械整機(jī)質(zhì)量有重要的意義，插入損失和壓力損失是評價(jià)消聲器消聲性能和空氣動(dòng)力性能的兩個(gè)非常重要的評價(jià)指標(biāo)。在當(dāng)前“節(jié)能減排”的國際大環(huán)境下，考慮消聲性能的同時(shí)，消聲器對發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的影響開始被越來越多地涉及，即在保證消聲量的前提下，使消聲器的壓力損失在合適的范圍盡量的降低。消聲器技術(shù)的提高還能擺脫我國部分消聲

2、器依賴進(jìn)口的劣勢，提高國產(chǎn)消聲器的競爭力，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文基于消聲單元結(jié)構(gòu)、入口流速等對消聲器壓力損失的影響研究，對復(fù)雜結(jié)構(gòu)抗性消聲器的設(shè)計(jì)改進(jìn)過程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　 消聲結(jié)構(gòu)和入口邊界條件對消聲器的壓力損失有非常重要的影響，利用CFD方法，通過幾何建模、網(wǎng)格劃分、求解模型選擇、邊界條件設(shè)定等步驟，對基本消聲單元(擴(kuò)張室、內(nèi)插管、穿孔管)內(nèi)部流場進(jìn)行了仿真計(jì)算，研究了消聲器基本消聲單元結(jié)構(gòu)(擴(kuò)張室的長度和

3、直徑、內(nèi)插管長度及位置、直/橫流穿孔管穿孔率和穿孔孔徑)對消聲器氣流速度場、壓力場、溫度場的影響規(guī)律，探討了不同入口流速條件下消聲器消聲單元壓力損失的變化規(guī)律，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)消聲器的設(shè)計(jì)提供了一定的設(shè)計(jì)依據(jù)。
　　 進(jìn)行了具有典型消聲單元結(jié)構(gòu)(擴(kuò)張室、內(nèi)插管、穿孔管)的典型結(jié)構(gòu)復(fù)雜消聲器內(nèi)部流場的仿真研究，分析了基本消聲單元在復(fù)雜結(jié)構(gòu)消聲器壓力損失方面產(chǎn)生的作用和影響。發(fā)現(xiàn)了消聲器的內(nèi)部氣流的速度場、壓力場以及溫度場具有相似的分布特

4、點(diǎn)。特定入口流速條件下，對比分析了三種典型結(jié)構(gòu)抗性消聲器的壓力損失的仿真與試驗(yàn)結(jié)果，分析了壓力損失仿真與試驗(yàn)結(jié)果之間的差異，并對產(chǎn)生差異的原因進(jìn)行了說明，進(jìn)一步驗(yàn)證了計(jì)算流體力學(xué)方法分析消聲器空氣動(dòng)力性能方面的有效性。初步發(fā)現(xiàn)典型結(jié)構(gòu)消聲器的出/入口壓力、壓力損失同入口流速之間存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系。
　　 參考消聲單元的相關(guān)研究結(jié)論，結(jié)合實(shí)際的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用可靠的經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)行了以實(shí)際挖掘機(jī)用消聲器為實(shí)踐背景的復(fù)雜結(jié)構(gòu)抗性消聲

5、器的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)消聲器產(chǎn)生較大壓力損失的原因和結(jié)構(gòu)，提出了消聲器的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。利用改進(jìn)消聲器的入口氣流跡線圖研究了消聲器內(nèi)重點(diǎn)區(qū)域的氣流流形及流線分布情況。發(fā)現(xiàn)了相比入口流速等因素，入口溫度對消聲器壓力損失的影響非常小，可以忽略不計(jì)的規(guī)律，使消聲器的研究內(nèi)容得到了簡化。對比分析了不同發(fā)動(dòng)機(jī)工況下改進(jìn)消聲器壓力損失的試驗(yàn)和仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在考慮試驗(yàn)誤差及消聲器制造精度的前提下，二者較為一致。利用改進(jìn)消聲器壓力損失的實(shí)際試驗(yàn)分

6、析進(jìn)一步證明了以內(nèi)插管、擴(kuò)張室、穿孔管為典型結(jié)構(gòu)的抗性消聲器的出/入口壓力、壓力損失同入口流速之間存在的數(shù)學(xué)關(guān)系的正確性，即，兩種入口流速下(入口流速非零)消聲器的出口壓力比、入口壓力比、壓力損失比都與兩種狀態(tài)下的入口流速比值的平方相近。
　　 進(jìn)行了改進(jìn)消聲器的插入損失及壓力損失的實(shí)際試驗(yàn)測量，對改進(jìn)消聲器的綜合性能進(jìn)行了評定，發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)消聲器具有較高的插入損失和較低的壓力損失，達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，被作為該型號挖掘機(jī)消聲