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基于CFD的商用車消聲器體積優(yōu)化

在當(dāng)代汽車產(chǎn)業(yè)，車輛的輕量化越來(lái)越受到關(guān)注，如可以通過(guò)使用輕質(zhì)材料或減小元件尺寸來(lái)減輕車燈所占的質(zhì)量。而本文采用減小部件尺寸的方法來(lái)進(jìn)行輕量化，通過(guò)對(duì)零部件的尺寸優(yōu)化來(lái)減輕車輛質(zhì)量。

在排氣系統(tǒng)消聲器的輕量化過(guò)程中，使用商業(yè)軟件FLUENT對(duì)流體力學(xué)（CFD）進(jìn)行計(jì)算，將背壓、廢氣溫度、噪聲音量與音色作為設(shè)計(jì)與驗(yàn)證的參數(shù)，背壓可以定義為廢氣向外排出時(shí)的阻力，其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩有影響。排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求燃燒后的氣體能夠快速而高效地從消聲器中排出，采用CFD計(jì)算可以對(duì)其性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)CFD的流場(chǎng)結(jié)果，找到有問(wèn)題的區(qū)域并進(jìn)行解決，如在CAD中改變消聲器長(zhǎng)度、孔數(shù)、擋板位置等。

起初CFD的分析結(jié)果與現(xiàn)在相關(guān)的測(cè)試結(jié)果相一致。相應(yīng)地將壓力降和流體噪聲設(shè)定為新的目標(biāo)參數(shù)。同樣，CFD分析過(guò)程可以用來(lái)在多個(gè)可選方案中尋找最佳解決方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)基于原樣品，測(cè)試結(jié)果表明CFD的分析結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)之間具有非常高的相關(guān)性。

縮小消聲器的尺寸要基于現(xiàn)有的消聲器，這減小了消聲器的背壓。相比于現(xiàn)有的消聲器，小型化消聲器的背壓可以減少6.4%。為了平衡這一變化，通過(guò)CFD計(jì)算得出將孔的大小從80mm增加到120mm，而擋板之間的距離也從原來(lái)的220mm變?yōu)?75mm。通過(guò)實(shí)際的噪聲測(cè)試，車輛的噪聲也得到了優(yōu)化。最終結(jié)果是消聲器的體積減少了14.1%，進(jìn)而使車輛整體質(zhì)量減輕了2%。通過(guò)消聲器的優(yōu)化設(shè)計(jì)得出，采用CFD作為汽車零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)工具可在不犧牲部件性能的前提下對(duì)零部件進(jìn)行快速優(yōu)化設(shè)計(jì)。這可以作為汽車輕量化設(shè)計(jì)的一種方法。

Ashok Patidar et al. SAE 2014-01-2440.

編譯：張冬冬