汽车排气消声器热管理与消声特性研究

由汽车发动机排出的高温气体在进入排气消声器时,将对消声器的消声性能产生较大的影响。高温不仅可以改变气体的属性,还会对消声器内的声传播产生影响。因此,探究温度对消声器消声特性的影响是非常有必要的。本文提出了一种可有效降低排气温度的排气换热系统,并对其进行仿真分析和试验验证,证明设计的可行性。除此之外,本文还探究了排气热管理和消声器结构参数分别对消声器消声特性的影响。论文主要包含如下几个方面的内容:(1)针对高温对消声器消声特性的影响,提出一种排气换热系统,以降低排气温度,进而降低排气噪声。排气换热系统主要包括发动机水箱和换热结构,两者通过管路连接,发动机的高温气体在换热结构内与冷却循环液进行热交换,以降低流入消声器的气体温度。(2)利用Fluent软件对排气换热系统的换热结构进行CFD仿真,计算得到了压力场、速度场和温度场分布云图。计算结果表明,换热结构与排气主消声器搭配满足排气系统背压要求,换热结构可使排气温度下降130℃,同时保证冷却液温升不超过5℃,不会对发动机冷却系统的正常工作有产生影响。同时,在试验台架上进行验证,测试结果与仿真结果误差在5%之内,说明Fluent软件仿真结果具有一定的准确性,CFD仿真数据具有一定的参考价值。(3)采用声学仿真分析的方式研究排气消声器热管理对消声特性的影响。在GT-Power软件中建立发动机、换热结构和消声器的耦合模型,仿真分析过程中考虑温度的影响,仿真得到了排气换热系统工作与未工作两种状态的消声器传递损失和尾管噪声。结果表明排气换热系统工作时,传递损失曲线整体向低频方向移动,有效降低低频噪声,并且尾管噪声有较为明显的改善。(4)通过分析消声器三个结构参数(穿孔管穿孔率、隔板穿孔半径和穿孔数)对其消声特性的影响,对原消声器的结构参数进行优化分析,并制定消声器的优化方案。对比优化前后消声器的传递损失和尾管噪声表明,优化后的传递损失有明显提高,尾管噪声也有很好的改善,说明优化方案设计对提高消声器的消声性能具有一定的作用。