发动机涡轮增压进气系统高频噪声研究与消声设计

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发动机进、排气噪声主要通过发动机管道系统向外辐射、传播。发动机管道系统主要包含进气多支管系统、进气导流管、排气多支管系统和排气尾管。因此研究发动机管道系统噪声特性及消声处理技术是降低发动机空气动力噪声的有力措施之一。在不安装消声器时,发动机管道系统中最主要的噪声源是排气噪声,进气噪声次之。目前排气消声器和空气滤清器的研究已经非常成熟,进、排气噪声得到了有效的控制。随着发动机技术水平的发展,废气涡轮增压技术越来越多的应用到了发动机上。涡轮增压器的噪声问题主要体现在压气机和进气侧,其产生的高频、宽频噪声由于其复杂的特性及分析水平的落后,往往在整车上市时才凸显出来。本文对发动机涡轮增压进气系统的噪声特性进行探索研究,提出合理的噪声控制手段,并应用到工程实例中。  由于发动机涡轮增压进气系统的噪声覆盖的频段很宽,单一结构的消声器已经不能满足噪声控制要求,复合型的消声器的设计开发已经成为提高发动机管道系统噪声控制水平的主要方向。本文首先通过实验与三维计算流体动力学法(Computational Fluid Dynamics-CFD)结合的方式,在实验条件有限的情况下,提取阻性消声器中常用多孔材料(聚酯纤维吸音棉)的特性参数,进而结合某款压气机出口消声器进行阻抗复合型消声器的研究。应用三维CFD法分析该消声器头端内插式Helmholtz共振腔内添加聚酯纤维吸音棉后的声学性能,并与实验结果对比,验证了CFD模型的可靠性。并分析了多孔材料填充厚度对消声性能的影响,发现在实际安装空间较小的情况下,添加多孔材料对消声器整体性能提高不大,且压气机出口气流较大,实际应用中需用额外的固定装置进行防护才能达到效果。进而通过分析消声元件的结构对消声器进行优化设计,提出一种三段式内插管-膨胀腔结构,消声性能较原结构有较大幅度提高,且制作更为简便,符合工程应用。  最后分析了某款高级轿车加速时出现的高频异响问题,发现主要来源为压气机管道的高频噪声。针对压气机进气管道设计开发了一种三段式内插管-多腔体膨胀腔结构的消声器。安装该消声器后的整车试验结果表明,车辆加速过程中的高频异响噪声得到了有效的抑制,整车的NVH性能得到提高。
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