摘 要

环境噪声的首要组成部分之一是交通噪声，如何有效控制交通噪声成为目前噪音危害治理工作的重中之重。对于柴油机而言，在排气系统中安装消声器是消减其运转噪声的有效手段，也是目前最经济可行的技术措施。因此，对柴油机消声器开展研究不仅能提高汽车的驾乘舒适性，而且减小噪声对人类社会生产实践的危害具有重要意义。

本文主要围绕噪声的危害、控制方法和排气噪声产生的机理进行了阐述，并针对消声器的性能的模拟计算建立了消声器模型，研究消声器结构参数变化如何影响其压力损失和消声量等性能指标。通过将模拟计算与试验分析相结合，为消声器的结构优化设计开辟了新途径。

本论文以三维流体软件Fluent为数值计算平台，得到了它们的压力损失以及消声器的流场分布，并且研究了基本消声单元的内部结构参数如何影响其声学性能和气动力学性能。为了研究流速对消声器内部流场特性的影响，将某款汽车消声器作为研究对象，并把Catia所建的三维模型引入ICEMCFD中，并网格化分的形式对其空气域进行了划分，再将边界条件加入，进而通过计算得到消声其内部流场的数据，以及进口管和出口管截面的压力损失数值。通过数值计算和仿真实验对厂家提供的改良消声器模型进行实验，通过实验对两类型消声器产生的尾管噪声进行比较，然后将改良消声器的计算结果以及实验结果与原模型进行对比解析，并证明改良方案是可行的。所以，本文以消声器的压力场、速度场以及温度场三个角度为出发点进行考虑，通过试验和仿真两种方法的互补结合，对原模型的改进方案的有效性进行了证明。

关键词：消声器; 压力损失; CFD; 模拟仿真

Abstract

Traffic noise is the main part of environmental noise, so how to prevent and control traffic noise effectively becomes the important work of controlling noise hazard. In the case of diesel engine, installing muffler in exhaust system is an effective means to reduce its running noise, and it is also the most economical and feasible technical measure. Therefore, the research on diesel engine muffler can not only improve the car ride comfort, but also reduce the noise to the human society production practice harm is important.

This paper systematically expounds the harmfulness of noise, the control method and the mechanism of exhaust noise, and establishes the muffler model to simulate the performance of muffler, and studies the influence of the change of muffler structure parameters on the performance indexes of pressure loss and noise reduction. By combining the simulation calculation with the experimental analysis, a new approach is developed for the optimal design of the muffler.

In this paper, a three-dimensional fluid software fluent is calculated as a platform, the pressure loss and the distribution of the internal flow field of the muffler are calculated, and the influence of the structure parameters of the basic anechoic unit on its acoustic performance and aerodynamic performance is discussed. The improved muffler model provided by the factory is numerically simulated, and the wake noise of two kinds of mufflers is tested, then the numerical results of the improved muffler and the test results of the wake tube noise are compared with the original model, and the results show that the improved scheme is effective. Therefore, this paper from the Muffler pressure field, velocity field and temperature field overall consideration, the test and simulation of the two methods combined to verify the original Muffler improvement scheme feasibility.

Key Words： Muffler; pressure loss; CFD; Simulation

目 录

第1章 绪论 3

1.1课题研究背景 3

1.2研究排气消声器的意义 4

1.3国内外研究概述 5

1.4课题研究目的和主要内容 7

第2章 车用排气消声器 8

2.1车用排气消声器 8

2.2抗性消声器概述 8

2.3抗性消声器声学性能研究 9

2.3.1消声器声学理论研究 10

2.3.2抗性消声器流体动力学和压力损失研究现状 12

2.4 抗性消声结构对消声器性能的影响 14

2.4.1 结构对扩张式消声器的影响 15

2.4.2 穿孔管消声器分析 16

2.5 本章小结 17

第3章 计算流体动力学基础 18

3.1软件介绍 18

3.1.1 ICEMCFD 18

3.1.2 Fluent 18

3.2 理论简介 18

3.2.1基本流场理论 20

3.3偏微分方程的数值解法 23

3.3.1有限差分法 24

3.3.2有限体积法 24

3.3.3有限元法 24

3.4 本章小结 25

第4章 消声器内部流场分析 26

4.1抗性消声器计算流体动力学求解 26

4.2建立几何模型 26

4.3消声器流场模拟分析 28

4.3.1模型的前处理 28

4.3.2消声器的数值计算 29

4.3.3 计算结果及流场分析 30

4.4 消声器优化建议 35

4.5 本章小结 35

第5章 总结和展望 36

5.1总结 36

5.2展望 36

参考文献 37

致谢 40

第1章 绪论

1.1课题研究背景

噪声污染是世界上三大污染公害之一, 对人们的生产和社会生活造成了极大的危害。与空气污染和水污染不同, 噪声污染对人们的影响主要体现在人们的主观感受、情感和心理感受等方面, 但其危害不容忽视, 持续、高强度的噪声对人们的心理和生理方面的影响是不可逆转的。