基于CFD的商用車消聲器體積優化

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基于CFD的商用車消聲器體積優化

在當代汽車產業，車輛的輕量化越來越受到關注，如可以通過使用輕質材料或減小元件尺寸來減輕車燈所占的質量。而本文采用減小部件尺寸的方法來進行輕量化，通過對零部件的尺寸優化來減輕車輛質量。

在排氣系統消聲器的輕量化過程中，使用商業軟件FLUENT對流體力學（CFD）進行計算，將背壓、廢氣溫度、噪聲音量與音色作為設計與驗證的參數，背壓可以定義為廢氣向外排出時的阻力，其對發動機的扭矩有影響。排氣系統的設計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計算可以對其性能進行預測。通過CFD的流場結果，找到有問題的區域并進行解決，如在CAD中改變消聲器長度、孔數、擋板位置等。

起初CFD的分析結果與現在相關的測試結果相一致。相應地將壓力降和流體噪聲設定為新的目標參數。同樣，CFD分析過程可以用來在多個可選方案中尋找最佳解決方案。優化設計基于原樣品，測試結果表明CFD的分析結果與實際試驗之間具有非常高的相關性。

縮小消聲器的尺寸要基于現有的消聲器，這減小了消聲器的背壓。相比于現有的消聲器，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CFD計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的220mm變為275mm。通過實際的噪聲測試，車輛的噪聲也得到了優化。最終結果是消聲器的體積減少了14.1%，進而使車輛整體質量減輕了2%。通過消聲器的優化設計得出，采用CFD作為汽車零部件的優化設計工具可在不犧牲部件性能的前提下對零部件進行快速優化設計。這可以作為汽車輕量化設計的一種方法。

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

編譯：張冬冬