【正文】 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)論文排氣系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)摘 要隨著城市車輛的增多，噪聲污染已經(jīng)嚴(yán)重地干擾人們的生活。汽車排氣噪聲是汽車的主要噪聲源之一,而汽車排氣系統(tǒng)的性能決定著排氣噪聲的水平。故而，一套好的排氣系統(tǒng)配備一個(gè)好的消聲器是更好地降低發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲的有效途徑，因此對(duì)排氣系統(tǒng)中消聲器的設(shè)計(jì)越來越受到重視。本文通過對(duì)汽車排氣系統(tǒng)的全面分析,評(píng)價(jià)該排氣系統(tǒng)的整體性能,同時(shí)也研究了消聲器以及排氣系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。 建立排氣系統(tǒng)分析模型,應(yīng)用有限元分析軟件對(duì)汽車排氣系統(tǒng)的聲場(chǎng)特性進(jìn)行計(jì)算,得到系統(tǒng)的聲場(chǎng)分布情況,歸納出穿孔管的結(jié)構(gòu)參數(shù)與消聲器消聲性能的影響關(guān)系。其仿真分析結(jié)果對(duì)排氣系統(tǒng)整體性能的優(yōu)化具有重要指導(dǎo)意義。經(jīng)過研究分析,總結(jié)出排氣消聲器的開發(fā)設(shè)計(jì)流程、典型消聲結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法等,為下一步開發(fā)出可用于排氣消聲器設(shè)計(jì)與性能預(yù)測(cè)的軟件提供了重要依據(jù)。關(guān)鍵詞：汽車，排氣系統(tǒng)，聲學(xué)分析，噪聲控制，消聲器設(shè)計(jì)Analysis and design of the exhaust systemABSTRACTAlong with the city vehicle increasing, noise pollution has seriously disrupt people39。s lives .Automobile exhaust noise is one of the main noise source of automobile, and the automobile exhaust system performance determines the exhaust noise level. Therefore, a good set of exhaust system with a muffler is better for reducing engine exhaust noise effectively, so the exhaust system muffler design is being paid more and more attention.In this paper, based on the prehensive analysis of the automotive exhaust system, the exhaust system performance, but also on the muffler and exhaust system design method. Establishment of the exhaust system analysis model, using finite element analysis software for automotive exhaust system characteristics of sound field calculation, system field distribution, summarizes the structure parameters and the perforated tube muffler performance influence .The results of simulation analysis on exhaust performance of the whole system has important guiding significance for optimization. Through research and analysis, summed up the development of exhaust muffler design process, typical anechoic structure calculation method as well as the exhaust system design methods and process development for the next step, which can be used for exhaust muffler design and performance prediction of software provides important basis.KEY WORDS: Automotive， exhaust systems, acoustic analysis, Noise Control，the design of muffler5目　錄前　言 1第1章 緒論 3. 3 4第2章 汽車排氣系統(tǒng)理論基礎(chǔ) 6 6 6 6 9 11 11 12 13第3章 汽車排氣系統(tǒng)消聲器的開發(fā)設(shè)計(jì) 15 15 16 16 17 18 1出氣管內(nèi)徑、的確定 18 19 21 22 23 24 24 一維平面波理論分析 25 三維數(shù)值仿真分析方法 25 27 29第4章 汽車排氣系統(tǒng)消聲器的設(shè)計(jì) 30 30 排氣消聲器進(jìn)、出氣管內(nèi)徑、的確定 30 消聲器容積及截面形狀的確定 30 消聲器外形尺寸L和D以及消聲器腔數(shù)n的確定 30 31 消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定結(jié)果 32 內(nèi)插管布置方式及長(zhǎng)度確定 33 33 34結(jié)　論 35謝 辭 36參考文獻(xiàn) 37 前　言汽車工業(yè)的快速發(fā)展和交通的日益發(fā)達(dá)使得汽車保有量大幅增加，帶+來的交通噪聲污染也日益嚴(yán)重。據(jù)資料表明，城市噪聲的80℅來源于機(jī)動(dòng)車輛，各種機(jī)動(dòng)車輛已成為環(huán)境噪聲的最大污染源。為了限制交通噪聲污染，各國(guó)大都制定了嚴(yán)格的相關(guān)法規(guī)，而且每隔幾年就要修改一次。并且隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，低噪聲已經(jīng)成為乘坐舒適性的一部分，與動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性一起成為了評(píng)價(jià)汽車品質(zhì)的重要指標(biāo)。發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲是汽車的主要噪聲源，要降低整車噪聲，應(yīng)首先從降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲入手。排氣噪聲有事發(fā)動(dòng)機(jī)的最大噪聲源，它往往比發(fā)動(dòng)機(jī)的其他噪聲高10—15dB?？梢姡刂婆艢庠肼暿侵刂兄?。作為降低和控制汽車排氣噪聲的一種有效途徑，消聲器在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但消聲器在降低排氣噪聲的同時(shí)增加了排氣阻力，提高了排氣背壓，從而影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。因此，研究消聲量高、功率損傷小的排氣系統(tǒng)消聲器便成為降低汽車噪聲，從而控制環(huán)境噪聲的主要措施。傳統(tǒng)的排氣系統(tǒng)內(nèi)消聲器設(shè)計(jì)主要是一維平面波理論，但該理論難以正確模擬三維波動(dòng)效應(yīng)等實(shí)際因素的影響，分析結(jié)果相對(duì)不準(zhǔn)確。隨著日益嚴(yán)格的噪聲和排放法規(guī)的規(guī)定，排氣系統(tǒng)的功能已不僅僅是單純的將廢氣導(dǎo)出。對(duì)排氣系統(tǒng)的要求是：在盡可能低的排氣流動(dòng)阻力下，排出盡量少的有害物質(zhì)；并在車輛的特定部位，以盡可能低的熱輻射，盡可能少的噪聲排氣。排氣管表面不僅要光滑，流通斷面不要突出，外形盡量符合氣流流線。排氣噪聲是汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)中能量最大最主要的噪聲源，除基頻噪聲及其高次諧波噪聲外，排氣噪聲還包括排氣總管和排氣歧管中存在的氣柱共振噪聲、氣門桿背部的渦流噪聲、排氣系統(tǒng)管道內(nèi)壁面的紊流噪聲等，此外，排氣噪聲還包括廢氣噴射和沖擊噪聲。排氣噪聲的控制策略主要是： (1)從排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面入手，如合理設(shè)計(jì)排氣管的長(zhǎng)度與形狀，以避免氣流產(chǎn)生共振和減少渦流。 (2)廢氣渦輪增壓器的應(yīng)用可降低排氣噪聲，但最有效的方法還是采用高消聲技術(shù)，使用低功率損耗和寬消聲頻率范圍的排氣消聲器。本文對(duì)汽車排氣消聲器進(jìn)行性能分析與設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)高性能的消聲器，降低汽車排氣噪聲有一定的重要意義。 第1章 緒論.排氣系統(tǒng)在汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)上起著重要的作用，而消聲器作為排氣系統(tǒng)的一部分，作用更是不言而語。消聲器是一種既能降低噪聲又能使氣流順利通過的設(shè)備。經(jīng)過眾多前人長(zhǎng)期的研究，消聲器的結(jié)構(gòu)形式和計(jì)算方法都得到了不斷完善。最早出現(xiàn)的是無源消聲器，它包括阻性消聲器、抗性消聲器及阻抗復(fù)合式消聲器。其中抗性消聲器又發(fā)展為擴(kuò)張式消聲器、共振式消聲器、無源干涉消聲器以及近幾年我國(guó)學(xué)者研究出來的微穿孔板消聲器等。二十世紀(jì)五十年代，國(guó)際上提出有源消聲器的概念。但在我國(guó)應(yīng)用最多的還是無源消聲器。消聲器的理論研究最早可追溯到1922年，美國(guó)學(xué)者Stewart率先應(yīng)用聲學(xué)濾波理論指導(dǎo)抗性消聲器設(shè)計(jì)，利用集中參數(shù)近似算法分析消聲器元件。這種原理只在聲波遠(yuǎn)大于消聲器尺寸時(shí)才成立。五十年代中期，Davis等人采用以為波動(dòng)方程，利用截面突變處聲壓和體積振動(dòng)速度的連續(xù)性，計(jì)算了單級(jí)和多級(jí)膨脹腔和側(cè)支共振腔。五十年代后期，Igarashi等人利用等效電路的方法計(jì)算了消聲器的傳遞矩陣。這種以四極參數(shù)為基礎(chǔ)的傳遞矩陣法在不考慮流速和溫度梯度的平面波范圍內(nèi)計(jì)算結(jié)果比較準(zhǔn)確。針對(duì)氣流對(duì)消聲器性能的影響，各國(guó)學(xué)者導(dǎo)出了存在氣流時(shí)的聲傳遞矩陣，這就是線性聲學(xué)的聲波分析法。這些聲傳遞的矩陣的建立依賴于以下五個(gè)假設(shè)：線性化假設(shè)；無損耗假設(shè)；均勻流動(dòng)假設(shè)；均勻參數(shù)假設(shè)；平面波假設(shè)（一維近似理論）以上都是基于一維平面波理論對(duì)消聲器內(nèi)部聲場(chǎng)做近似的理論分析。當(dāng)聲波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于截面幾何尺寸，且噪聲頻率不太高時(shí)，平面波假設(shè)與實(shí)際情況比較一致。但隨著消聲量要求的加大，消聲器的結(jié)構(gòu)形式都比較復(fù)雜，截面幾何尺寸一般都不會(huì)遠(yuǎn)小于聲波波長(zhǎng)，這時(shí)在擴(kuò)張腔內(nèi)出現(xiàn)了高次模式波，采用平面波與線性化家社會(huì)產(chǎn)生較大偏差，特別是當(dāng)聲波頻率較高、波長(zhǎng)相應(yīng)較短時(shí)，這種偏差更明顯。消聲器在國(guó)內(nèi)的研究也經(jīng)歷了由早期的實(shí)驗(yàn)方法到一維平面波理論的輔助分析以及現(xiàn)在的三維數(shù)值模擬分析，從單純考慮聲學(xué)特性到考慮流速溫度的影響過程。1994年江蘇理工大學(xué)的蔡超等用有限元方法計(jì)算了軸對(duì)稱抗性消聲器的傳遞損失，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和聲傳遞矩陣計(jì)算結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)有限元具有較高的精度。1998年大連理工大學(xué)的季振林等使用傳遞矩陣和邊界發(fā)計(jì)算了整個(gè)排氣消聲系統(tǒng)的四極參數(shù)，使用雙負(fù)載法和特征線法確定發(fā)動(dòng)機(jī)的聲源阻抗和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)排氣噪聲和消聲器插入損失預(yù)測(cè)，并與實(shí)測(cè)結(jié)果相吻合良好。2003年吉林大學(xué)的丁萬龍用邊界法對(duì)摩托車排氣消聲器進(jìn)行了數(shù)值仿真分析，在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上提出了切實(shí)可行的方案。綜上所述，在消聲器聲學(xué)特征和空氣動(dòng)力特性預(yù)測(cè)分析方面前人已做了大量的工作，在形成了很多好的理論和方法供我們借鑒和參考。相對(duì)來講，我國(guó)在這方面起步較晚，要縮短我國(guó)和國(guó)外的差距，在提高消聲器實(shí)驗(yàn)技術(shù)和試驗(yàn)設(shè)備，完善數(shù)值模擬方法方面我們都有待發(fā)展。 不同類型汽車的排氣系統(tǒng)大都一樣，但不同類型汽車發(fā)射的噪聲功率和頻譜特性有很大差異。由于物理性能上的差異，以及文化、傳統(tǒng)和生活方式的影響，人們對(duì)噪聲的接納已經(jīng)更多地加入了主觀因素，對(duì)消聲器的性能提出了更高的要求。性能的影響因素。本文對(duì)單擴(kuò)張腔消聲器進(jìn)行分析研究，總結(jié)了消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)、氣流溫度、流速等對(duì)消聲器綜合性能的影響情況，為消聲器的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供為了設(shè)計(jì)出高性能的排氣消聲器，研究消聲器綜合消聲依據(jù)。本文針對(duì)某一典型發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了消聲器，預(yù)測(cè)了其綜合性能。本文的具體內(nèi)容如下：1）總結(jié)當(dāng)前排氣系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)和消聲器的設(shè)計(jì)理論方法，分析消聲器聲學(xué)性能及空氣動(dòng)力學(xué)性能的影響因素。2）采用基于相關(guān)聲學(xué)分析的方法，分析消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)等對(duì)消聲器內(nèi)部流場(chǎng)、聲場(chǎng)等的影響，從而研究消聲器中的流場(chǎng)、壓力損失、再生噪聲等對(duì)消聲器性能的影響，為消聲器的設(shè)計(jì)與改進(jìn)提高依據(jù)。3）針對(duì)某典型發(fā)動(dòng)機(jī)，利用當(dāng)前消聲器的設(shè)計(jì)方法，確定消聲器的結(jié)構(gòu)尺寸和基本參數(shù)。4）預(yù)測(cè)分析各改進(jìn)消聲器的綜合性能，選擇綜合最優(yōu)的消聲器結(jié)構(gòu)，并繪制排氣系統(tǒng)裝配圖和零件圖。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章 汽車排氣系統(tǒng)理論基礎(chǔ)1）必須滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)要求，如排氣背壓、功率損失等。2）排氣系統(tǒng)中的元件不得承受由于重量、慣性力、元件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或由于過熱膨脹產(chǎn)生的直徑變化而引起的過大應(yīng)力。3）排氣