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原文传递某微型车排气系统流场数值模拟

论文题名：	某微型车排气系统流场数值模拟
关键词：	微型车;排气系统;三维流场;数值模拟
摘要：	排气系统主要由三效催化器、波纹管、消声器、法兰和联接管道等部件组成，是汽车减排降噪的重要组成部分，同时也影响汽车的行驶动力性和燃油经济性。过去对汽车排气消声器的设计主要基于平面波理论仅考虑声波传播。近年来研究表明排气系统流场也会产生较大的气流噪声，影响系统声学性能。随着各种CFD(Computational Fluid Dynamics计算流体动力学)软件的普及应用，越来越多的企业和机构用三维CFD软件模拟排气系统流场。但当前大多数排气系统CFD分析采用空气近似发动机排气来计算系统流场，这将导致比较大的误差。本文使用模拟所得的发动机排气参数通过Fluent软件仿真计算排气系统三维流场，并同时利用宽频噪声源模型计算其声功率级分布，将声场和流场结合起来进行分析，最后进行相关试验验证。　　本文首先根据某款发动机结构和性能参数在GT-Power软件中建立四缸汽油发动机模型，分析得到发动机相关指示性能指标和有效性能指标来验证模型的正确性；同时分析3种后消声器设计方案的系统和局部背压值并进行对比。方案1系统背压最大，方案2次之，方案3最小。可以发现，排气消声器内部结构越复杂，背压越大，声能量耗散越多，此时消声器消声性能也越好。从发动机和排气系统相关位置提取发动机排气参数，为进一步进行排气系统CFD分析提供输入条件。　　然后根据排气系统结构在UG软件中建立排气系统流场三维实体模型，导入Gambit软件中划分有限体积离散网格及设置流体边界，在Fluent软件中进行排气系统CFD分析，得到排气系统的压力、温度、速度、湍动能和声功率级分布，并根据流体力学、传热学和气动声学理论分析其流场。可以发现，在排气系统消声器内部各种小孔出入流、内管管口入流、出口冲击射流等是消声器主要的流动能量耗损区域。这些位置一般涉及到气流过流断面的突扩、突缩以及气流的弯曲转向，产生较强的局部湍流区域，伴随着漩涡对的配对、分离和脱落以及气流扰动等现象，可能引起较大的气流再生噪声。本文综合背压、消声量和防锈蚀性等方面最终选用方案1为最优方案。　　最后将所设计的3种排气系统方案与发动机匹配进行系统背压测试和尾管噪声测试，验证仿真分析的正确性并为今后仿真分析和消声器优化设计提供参考。
作者：	姚源
专业：	动力机械及工程
导师：	颜伏伍
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文