排氣系統(tǒng)消聲器流體動力學與氣動噪聲分析

夏樹昂，黃逸哲，黃其柏＊

（華中科技大學機械科學與工程學院，湖北 武漢430074）

汽車噪聲作為一種新的污染源，已逐漸引起了全社會的關(guān)注。相關(guān)研究表明[1]，環(huán)境噪聲能量中的75%來自于汽車噪聲，發(fā)動機噪聲是汽車的主要噪聲源部分。本文將某款排氣消聲器的流體動力學與氣動聲學分析相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)某一流域流速過大現(xiàn)象，提出“虛擬管道”概念進行解釋，分析得到消聲器流場和聲學特性參數(shù)，并對其結(jié)構(gòu)設(shè)計提出參考性意見。

1 消聲器前處理

1.1 消聲器結(jié)構(gòu)建模

建立某款SUV汽車的排氣消聲器幾何模型，確定需要進行CFD計算的流體域，刪除與流域無關(guān)的零部件，如：法蘭、鐵條、加強板等結(jié)構(gòu)。簡化圓角、倒角等對流體分析影響不大，但影響網(wǎng)格質(zhì)量的結(jié)構(gòu)，并封閉幾何體。簡化后模型如圖1所示。

圖1 消聲器簡化模型

1.2 網(wǎng)格劃分

對主消聲器模型進行有限元網(wǎng)格劃分，因為主消聲器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分。采用Robust（Octree）方法生成四面體網(wǎng)格，該方法適用于較為復(fù)雜的機械構(gòu)造中。對穿孔板、穿孔管等結(jié)構(gòu)進行局部加密，生成網(wǎng)格的質(zhì)量滿足要求。

2 流體動力學分析

2.1 理論概述

計算流體動力學（CFD）的方法主要有三個角度：理論分析角度，實驗?zāi)M角度和數(shù)值模擬角度[2]，考慮到時間和成本等方面因素，本文采用ICEM、FLUENT、Virtual.Lab Acoustics等流體分析計算軟件進行仿真計算。基本原理為流體的流動需要滿足三大基本物理定律，即：質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律[3]。……