轮式挖掘机复杂结构抗性消声器研究及设计

针对某型轮式挖掘机发动机排气噪声的频率组成分布在低中高全频段的特点,根据共振腔消声器和扩张室消声器这两种基本消声单元结构特性,提出了一种恰当结合两种基本消声单元结构进行复杂结构抗性消声器设计的方法,使得消声器在全频段具有良好的消声效果,运用GT-power仿真软件对挖掘机发动机和消声器进行了耦合仿真,预测了复杂结构抗性消声器的性能,利用正交实验的方法对消声器内部结构参数进行了优化,最后通过实车测试进行了验证。实验及研究结果表明,所设计的复杂结构抗性消声器声学性能和空气动力性能良好,发动机排气噪声在全频段均有所下降,消声器插入损失平均达到18 d B(A),压力损失在许可范围内。     

结构参数对抗性消声器性能影响分析

加装消声器是控制车辆噪声最有效最直接的方法,其既允许气流顺利通过,又有效阻止或减弱声能向外传播。针对扩张室消声器中的抗性结构进行分析,建立其有限元模型,运用SYSNOISE进行声学性能分析,对比分析扩张比、扩张室长度、膨胀腔数量、有无内插管等对传递损失影响;基于FLUENT进行空气动力性能分析,对不同扩张比、带内插管等结构阻力特点进行分析。析结果可知:简单扩张腔,扩张比决定消声量;而扩张室的长度则对消声频率起决定作用,其增加,则使得传递损失的带宽却随之减少,而通过的频率数目则增加;通过布置内插管,可以有效增大消声频带;膨胀腔数量与传递损失呈正相关,其增加时,消声频率则变宽,而通过的频率数目则相应减少;不同扩张比扩张室消声器的阻力损失相差不大,但阻力损失的基值比较大,是一种阻力损失相对比较大的消声器结构;带内插管扩张室消音器压力损失明显减小;分析结果为此类设计提供参考。     

基于CFD流场特性分析发动机进排气系统设计

进排气系统是发动机重要的附属结构,对保证发动机正常工作具有重要意义.根据发动机进排气系统的结构特点,针对进气系统、排气系统、消声器等进行选型设计和结构设计;保证各部分结构满足发动机的压力和流量要求;采用理论分析计算、CFD建模仿真分析、试验台验证分析等相结合的方法进行设计分析.对排气管和消音器进行三维计算流体模拟仿真,得到速度场、压力场的分布图,并对设计关心的进出口压差进行计算;特别对消声器的穿孔板部分采用了多孔阶跃边界条件进行处理;采用试验方法对消声器设计进行验证.结果 可知:空滤器进气阻力(滤芯干净时):8英寸/237mm水柱高度;管道总阻力为2.079英寸/52.8mm水柱高度;单个最大流量是:972.27L/s＞ 904.5L/s,满足发动机要求;排气系统的排气管路和消声器总压损为3.52KPa,满足发动机排气背压要求;系统的CFD分析结果表明管道布局合理,无真空区和负压区,气流顺畅;试验结果表明,消声器消声效果最高可达40dBA;而达到发动机的排气流量流速时,压力损失为1869.12Pa,而设计值为1802.38Pa,二者的误差为3.72％,结果基本一致,表明设计结果可靠;为同类设计提供参考.     

基于GT-Power和CFD的某发动机消声器结构优化与分析

针对某四缸发动机消声性能在某些工况下不理想的状况,本文通过在GT-Power中建立发动机及消声器耦合模型,同时联合使用CFD仿真,在不增大压力损失的前提下,对其消声器进行了优化。通过对消声器消声扩张比,扩张腔个数及长度,内插管长度的优化改进,提高了消声性能。结果表明:优化后的消声器在260-690Hz范围内,消声量平均提高了7dB,全频率范围内消声量减小了4dB,消声效果明显。     

双腔内插管扩张式抗性消声器的计算

双腔内插管扩张式抗性消声器具有制作简单、成本低、不易阻塞的特点,主要适用于烟道烟气排放场合。应用ANSYS软件的Fluid29和Fluid129声学单元对这一消声器进行模拟计算,得到80 dB噪声源下不同频率响应点的传递损失曲线,并通过CFX软件计算消声器的压力损失。结果表明,在频率为640 Hz时,双腔内插管扩张式抗性消声器的降噪效果最好,传递损失达15.4 dB,满足锅炉烟气排放时的消声要求。     

双模式消声器性能优化设计方法的研究

双模式排气消声器在发动机低速转动时具有良好的低频消声效果,而在发动机高速转动时能够减少发动机传递功率的损失,提高燃油经济性,但却很难保证消声器的降噪量。降噪量和功率损失两者之间存在相互矛盾,为解决这一问题,现采用正交试验的方法和计算机仿真模拟的方式,通过对双模式消声器的内部结构参数进行设计和筛选,得出最佳的设计方案。分析结果表明,优化后的消声器在不影响发动机低转速消声量的同时,可使发动机功率损失减少将近一半。     

基于传递矩阵法车用抗性消声器结构优化设计

专用汽车的发动机功率大、排气流量大、排气温度高等特点,因此,抗性消声器成为降低排气噪声的重要装置,采用传递矩阵分析法对抗性消声器性能进行频域分析。针对多腔体、具有并联结构的复杂抗性消声器各参数对传递损失的影响,使用传递矩阵分析法对其结构进行优化设计。利用声学运动方程、连续性方程及四子参数法推导其传递矩阵,获得传递损失曲线。为提高消声器的效率,应用Matlab将基本消声单元进行模块化设计,搭建消声器实验台,对比实验分析和理论计算消声器的传递损失。结果可知:使用传递矩阵分析法所建模型能达到较高的预测精度;中间腔容积的变化对消声器消声性能有较大影响;通过调节隔板位置获得消声器内部各腔最佳容积,此时的消声量达到11d B,满足实际要求。     

基于CFD的抗性消声器流体动力学特性研究

本文通过复杂结构抗性消声器流体动力学建模、仿真和数据后处理等过程,讨论了利用计算流体力学方法计算消声器的压力损失方法,分析了消声器内部的结构对消声性能和压力损失的影响。得出结论:穿孔管结构能够改善消声器内部的流体动力学特性,并且是影响消声器压力损失的重要因素;穿孔管和内插管相结合的结构对有比较好的消声效果。利用试验数据和计算机仿真分析,验证了利用CFD技术进行消声器压力损失预测的可行性。     

膨胀腔消声器声学和阻力特性的研究及应用

针对消声器参数设计和优化问题,利用Virtual.Lab和Fluent仿真计算消声器的声学传递损失、阻力损失。分析腔数变化的条件下,消声器容积、扩张比、腔长的变化对传递损失和阻力损失的影响。结果表明消声器腔数增加会对消声性能有明显改善,侧重考虑腔长和扩张比的消声器消声效果最好;腔数相同的消声器阻力损失相差不大。以某内燃机厂生产的单缸汽油机消声器为例,运用声学有限元软件和CFD软件计算其传递损失和阻力损失,分析原设计消声器的不足,加以改进,提高了其声学性能。并利用噪声分离法,验证了模型的正确性,为消声器设计和改进提供了一定依据。     

基于COMSOL的某轻型货车排气消声器设计

针对传统消声器设计存在的样件试制与试验周期长、成本高等问题,提出了一种基于正交优化设计思想,结合COMSOL软件设计发动机排气消声器的方法。首先,基于某轻型货车发动机的相关参数,匹配设计了排气消声器的相关结构参数;其次,利用COMSOL软件建立了消声器的声学仿真分析模型,并进行了传声损失分析研究;最后,基于正交优化设计理论对消声器的相关结构参数进行了正交优化试验研究。研究表明,结构参数优化设计后的消声器平均消声量可达32dB。     

挖掘机消声器设计与声场流场分析

根据某挖掘机提供的发动机参数计算了发动机排气噪声基频,设计出一种阻抗复合消声器,并运用数值分析的方法对消声器的声场与流场进行了分析;对消声器建立了数值仿真模型,用声学有限元方法对其内部声场进行了仿真,分析了该消声器内部的声压分布特性和传递损失曲线;再采用计算流体动力学(CFD)方法对内部气体的流动特性进行了仿真分析,仿真计算得到消声器的入口与出口的压力损失。该仿真分析表明设计的消声器不仅具有良好的消声效果,而且还能满足压力损失要求。数值分析方法较为准确的模拟了消声器的性能,为消声器设计提供了参考依据。     

结构因素对扩张式消声器压力损失影响

作为消声降噪的主要设备,排气消声器不仅要保证一定的消声性能,还要尽量减少压力损失。发动机的功率损失与压力损失息息相关,因此设计消声器时必须控制压力损失的大小。影响消声器压力损失的因素有很多,比如消声器结构、入口流速、温度等。利用计算流体力学方法分析消声器内部流场分布,探讨不同结构因素下压力损失的变化关系,对于消声器的设计开发具有指导意义。     

消声器消声单元的降噪性能研究

利用GT-Power软件对消声器进行仿真,通过建立多种消声器的数学模型,计算得出消声器各消声单元在参数变化时的传递损失.结合试验数据及仿真计算结果,综合分析了各种消声结构的降噪性能和特点.结果表明在消声器结构设计中使用微穿孔结构及性能良好的吸声材料对提高消声性能具有明显的效果,而合理的运用多孔隔板结构对改善降噪性能也具有积极的作用.     

抗性消声器单元压力损失的仿真分析

为复杂抗性消声器的设计和后期优化做准备,采用FLUENT软件,对扩张管、内插管、穿孔板和穿孔管式的消声单元的压力损失进行数值仿真分析,首先通过半经验公式与数值仿真分析方法对不同进气速度下的扩张管的压力损失进行对比,验证了后者的正确性;然后通过对各种消声器单元设置不同的结构参数(扩张比、穿孔率等)和进气速度,最终获得上述各种因素对抗性消声器单元压力损失的影响规律。该研究有助于减少甚至消除消声器优化设计的盲目性,提高设计水平。     

农用柴油机排气消声器声学性能优化研究

针对农用柴油机在工作过程中产生的排气噪声较大的问题,提出一种直通式并联微穿孔消声器结构,利用近似模型结合多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm, MIGA)对消声器进行优化。为了探究结构参数对声学性能的影响规律,得到降噪性能较好的一组消声器结构参数,基于声学有限元方法计算了0-3000Hz的传递损失,采用拉丁超立方抽样对5个设计变量进行采样,建立了径向基神经网络近似模型,并验证其计算精度;最后,结合多岛遗传算法对RBF模型进行优化。结果表明,参数优化设计后的消声器在目标频段内平均传递损失由27.4dB增加到了34.5dB,提高了7.1dB,满足了降噪要求,优化效率得到提高,消声性能得到改善。     

控制排气管道低频噪声的半主动消声装置研究

为了控制排气管道中的低频噪声,提出一种基于HQ管的新型半主动消声装置,设计并试制了半主动消声装置及实验台架系统,开展了半主动消声装置的有限元仿真与实验研究以及被动消声器的实验研究。结果表明,仿真和实验结果基本吻合,半主动消声装置在低频段具有良好的消声效果,尤其是对于50Hz-150Hz的频段,平均消声量在35d B左右,其性能明显优于被动消声器;在150Hz-350Hz的频段,半主动消声器整体消声性能在抗性消声器之上;在350Hz以上的频段,半主动消声器的消声性能相比于抗性消声器则较差。     

基于传递矩阵的内燃机电站排气消声器优化设计

建立了排气噪声器插入损失的计算模型,利用传递矩阵建立了排气抗性消声器消声性能分析模型,并利用优化算法,对所设计的消声器参数进行了预测、优化和消声性能分析.经过试验测试,表明优化设计后消声器消声性能得到了提高,优化设计效果明显.     

进气导流管对抗性消声器性能的影响研究

抗性消声器的流体动力学性能会影响消声器的实际使用效果,为了降低抗性消声器的阻力损失,采用CFD法对添加导流管的偏置扩张式、旁支扩张式、反流扩张式消声器进行阻力损失分析.对比了不同导流管长度和出口内插管对阻力损失的影响.结果表明:进气导流管能够大幅度地降低消声器的阻力损失;在必要路径内导流管越长则阻力损失越小;出口内插管...     

冰箱毛细管用串联式抗性消声器的结构设计和性能研究

提出一种在毛细管上添加串联式抗性消声器的降噪方案,给出了该消声器的设计方法和结构参数。通过理论计算和声学仿真对消声器进行了消声性能的理论分析,结果表明消声器能有针对性的消除冰箱毛细管中产生的特定频率噪声,有利于降低冰箱整体噪声。     

内燃叉车扩张式进气消声器分析与改进

以内燃叉车扩张式进气消声器为对象,通过发动机进气系统理论分析,确定了消声器的扩张腔容积、进气口安装位置等参数;利用三维有限元分析,对优化后的进气消声器进行了仿真研究。仿真和实验结果基本一致,表明该进气消声器改进了进气系统的消声量,在发动机运行工况下的消声效果有显著提高,重点频率段的消声量可达4-6d B。