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        消聲器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

        2013-08-29 08:21:22李偉艷
        關(guān)鍵詞:尾管消聲穿孔

        李偉艷

        【摘 要】在驗(yàn)證了發(fā)動(dòng)機(jī)工作模型和消聲器性能分析模型正確性的基礎(chǔ)上,運(yùn)用仿真模擬技術(shù),對原消聲器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì),在保持壓力損失變化不大的前提下,降低尾管噪聲值,提高插入損失,進(jìn)一步改善其消聲性能。

        【關(guān)鍵詞】

        一、消聲器改進(jìn)模型

        由分析可知,相對于中低頻的消聲量,其高頻消聲效果相對較差,可以通過改進(jìn)副消聲器的有效吸聲長度來增加高頻的消聲量,同時(shí)適當(dāng)?shù)臏p小穿孔的孔徑,但要避免過大減少孔徑而使得氣流再生噪聲增大;對主消聲器內(nèi)插管上的穿孔做局部調(diào)整,在保持穿孔孔徑不變的情況下,減小穿孔率,但增加有效穿孔長度[45]。保持消聲器外形和體積不變,將消聲器改為三腔,通過隔板穿孔以及內(nèi)插管穿孔來提高整個(gè)寬頻范圍內(nèi)的消聲效果,同時(shí)該措施對發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響不大,可避免壓力損失的過分增大。消聲器的改進(jìn)模型如圖1-1所示。

        保持消聲器體積不變(20.5L),進(jìn)出口管直徑均為55mm;在兩個(gè)內(nèi)插管上各增加一段穿孔管,穿孔管長度均為60 mm,進(jìn)出口管的孔徑為3mm;隔板穿孔孔徑為3mm。圖5-2為改進(jìn)消聲器的離散化模型。

        排氣消聲器采用擴(kuò)張室的較多,但單級擴(kuò)張室式消聲器難以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)排氣消聲量要求,因此多數(shù)采用多級擴(kuò)張串接形式,實(shí)踐證明,級數(shù)越多,消聲量越大,并且對高頻部分的消聲效果越顯著。然而當(dāng)級數(shù)超過3級時(shí),每增加一級,消聲量增加并不顯著。而級數(shù)越多時(shí),排氣背壓越大,造成的功率損失就越大且結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。因此,級數(shù)以2~4級為宜。本消聲器改進(jìn)設(shè)計(jì)為3級。

        所改進(jìn)設(shè)計(jì)的消聲器實(shí)體結(jié)構(gòu)如下圖所示:

        二、改進(jìn)消聲器與原型消聲器對比

        (一)尾管噪聲值對比

        將改進(jìn)的消聲器模型與發(fā)動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行耦合,并與之前的消聲器模型進(jìn)行比較,如圖5-3所示。從圖中可以看出,改進(jìn)后中高轉(zhuǎn)速時(shí)尾管噪聲值有一定的降低,在5000r/min時(shí)降低量達(dá)到5dB(A),且低轉(zhuǎn)速時(shí),消音量幾乎保持不變。

        (二)插入損失對比

        將改進(jìn)的消聲器模型與插入損失仿真模型進(jìn)行耦合計(jì)算,得到改進(jìn)消聲器的插入損失,與原型消聲器進(jìn)行對比,如圖5-4所示。改進(jìn)前后的空管時(shí)尾管噪聲值是一樣的,因此改進(jìn)前后插入損失的對比也就是改進(jìn)前后帶消聲器時(shí)尾管噪聲值的對比。從圖中可以看出,改進(jìn)后插入損失在中高轉(zhuǎn)速下有明顯的提高,在5000r/min時(shí)插入損失提高4dB(A),中低轉(zhuǎn)速變化不大,不超過1dB(A)。

        (三)壓力損失對比

        將改進(jìn)的消聲器模型與壓力損失仿真模型進(jìn)行耦合計(jì)算,得到改進(jìn)消聲器的壓力損失,與原消聲器進(jìn)行對比,如圖5-5所示。從壓力損失對比圖中看改進(jìn)消聲器的壓力損失與原消聲器變化不大,在轉(zhuǎn)速為5500r/min時(shí),壓力損失僅增加2kPa,對發(fā)動(dòng)機(jī)功率影響較小[44-45]。相對于消聲性能的提高,改進(jìn)消聲器的壓力損失的略微增大可以接受。因此,改進(jìn)方案在保證壓力損失滿足設(shè)計(jì)要求的前提下使插入損失更大,較好的滿足了消聲器高轉(zhuǎn)速下的消聲量指標(biāo)。

        三、小結(jié)

        本文通過分析原消聲器基于轉(zhuǎn)速的插入損失來了解其消聲特性,發(fā)現(xiàn)該款消聲器在中高速范圍內(nèi)的消聲效果相對較差,從而確立增加中高速的消聲性能為此次改進(jìn)的主要目標(biāo)。

        考慮到壓力損失和保持原消聲器容積不變,采取內(nèi)插管穿孔和隔板穿孔的改進(jìn)措施。計(jì)算改進(jìn)后的消聲器的尾管噪聲值、插入損失和壓力損失,并與原消聲器進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)在中高頻率段上消聲效果有了明顯提高。并對比改進(jìn)前后消聲器的壓力損失進(jìn)行了對比,發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的消聲器壓力損失略微增大,綜合考慮消聲效果和壓力損失,此次改進(jìn)是十分有效的,基本達(dá)到了預(yù)期改進(jìn)目標(biāo)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]黎志勤,黎蘇. 汽車排氣系統(tǒng)噪聲與消聲器設(shè)計(jì)[M] . 北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1991.

        [2]宋家秋.消聲器設(shè)計(jì)原理:[碩士學(xué)位論文].山東:山東工業(yè)大學(xué),1999

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