【正文】 原文說(shuō)明題名：Scientific design of exhaustamp。在理想上，氣體應(yīng)以相同的速度流過(guò)全部的開(kāi)啟面積。充量更換期間的面積變化取決于幾何關(guān)系。如假定運(yùn)轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī)上每一瞬間的流與量與在和它相同的開(kāi)啟面積及相同的壓差條件下以穩(wěn)定氣流測(cè)得的流量相等，則它實(shí)際能達(dá)到總流量通常是可以計(jì)算的很精確的。一般，這些壓力也是不斷變化的。如果流通系統(tǒng)中每個(gè)單元都設(shè)計(jì)成阻力為最小，而又不影響其它的職能，就顯然有利于達(dá)到上訴目的。雖然目前的計(jì)算機(jī)技術(shù)可以用來(lái)設(shè)計(jì)這種四缸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的分支排氣系統(tǒng)，但大多數(shù)常用的系統(tǒng)都是用式湊發(fā)研制而成的。在高速下，第二次減壓來(lái)的太晚。目前成功的V8發(fā)動(dòng)機(jī)就其排氣管而言與兩個(gè)四個(gè)氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)相同。在該發(fā)動(dòng)機(jī)上，四根排氣管都與一根公共的排氣管相接，后者再分成兩根管子與錐形消聲器相連接。發(fā)動(dòng)機(jī)在大部分轉(zhuǎn)速下，功率都有顯著的提高，但最明顯到是在4599轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)。此波返回后繼續(xù)使開(kāi)啟著的排氣門(mén)處減壓。汽缸的兩根排氣管在靠近曲軸箱底部連成一根直徑與原來(lái)相同的管子，穿過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)下面。但是在b的情況下，壓縮波從管角A反射回來(lái)，不僅一部分進(jìn)入到兩個(gè)出口支管中去，而且還不分的返回到管道上游。彎管接頭是的不同流動(dòng)階段。以前的全部分析均假設(shè)氣體的流動(dòng)為一維流動(dòng)，也即脈動(dòng)沖波經(jīng)過(guò)管道時(shí)，它的前鋒為平面，而且只有當(dāng)脈沖波順著管子運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)發(fā)生壓力變化，不存在徑向壓力變化。在回合兩根排氣尾管的情況下，應(yīng)使匯合到每根排氣管的的各缸具有均勻的發(fā)貨間隔。對(duì)于賽車(chē)，常采用等截面管子以免采用多級(jí)膨脹室體積龐大，這樣的限制是很不希望的，應(yīng)為摩托賽車(chē)制造廠在四缸和六缸機(jī)上裝單獨(dú)的膨脹室仍設(shè)法獲得了組的轉(zhuǎn)彎間隙。這個(gè)設(shè)計(jì)氣門(mén)相位的方法被用在側(cè)邊氣門(mén)時(shí)代的發(fā)動(dòng)機(jī)上，那種發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室是很薄的一層而且壓縮比在4比1左右。所以不可避免的讓新鮮的混合氣點(diǎn)不著火以至于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不流暢.那些對(duì)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)感到可笑的人也許會(huì)認(rèn)為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)也許接受不了四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)也有類(lèi)似的毛病。實(shí)際上混合氣來(lái)源于節(jié)氣門(mén)，從燃燒的角度來(lái)看，在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)空燃比是做了很多妥協(xié)的。任何減少這些動(dòng)力損失的方法都會(huì)讓一個(gè)工程師患得患失。感謝化油器的制造者和研究改進(jìn)燃燒室設(shè)計(jì)和布局的人，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)能夠優(yōu)秀的符合這些要求。在這個(gè)情況下，額外的動(dòng)力很難不被感受到，個(gè)別感受到是當(dāng)50英里每小時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)動(dòng)力輸出大大好于60或者70英里每小時(shí)。最高速度很少使用，只有在空曠的大直路上使用。有可能對(duì)于一個(gè)比賽排氣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)最后一條是最重要的，但是剩余的要求是重要的，一個(gè)設(shè)計(jì)者不能只考慮發(fā)動(dòng)機(jī)性能而忽略了其它的要求。如果在賽車(chē)設(shè)計(jì)初期能夠較早考慮排氣系統(tǒng)的布置，給予足夠的空間就能大大提設(shè)計(jì)出來(lái)的排氣系統(tǒng)整體的整體性能和工藝性。而根據(jù)計(jì)算和fluent分析可知排氣氣流在歧管中遇到最大阻力的便是在彎管處，所以減小彎管是設(shè)計(jì)很重要的一個(gè)方法。分析結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的排氣系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足FSAE賽車(chē)的要求；（3）根據(jù)所設(shè)計(jì)的排氣管參數(shù)，輸出工程圖紙，完成了排氣管的加工制作，并根據(jù)加工制作存在的問(wèn)題，提出了排氣管設(shè)計(jì)的進(jìn)一步意見(jiàn)。 導(dǎo)流星形塊 導(dǎo)流星形塊7 總結(jié)和建議 總結(jié)本次排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一FSAE大賽為背景，以實(shí)際制造出一套符合比賽規(guī)則，適合比賽車(chē)輛，性能優(yōu)良的排氣系統(tǒng)為目的。所以要合理設(shè)計(jì)排氣歧管，最好的辦法就是在總布置中給排氣歧管留下足夠的空間，讓集合器的位置可以遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)給歧管彎曲留下足夠的空間，避免過(guò)小的彎曲半徑出現(xiàn)。最終沒(méi)有采用這個(gè)方案的原因是最后4號(hào)歧管進(jìn)口和出口的距離太近導(dǎo)致需要彎曲半徑很小的預(yù)彎管。（3）歧管口和發(fā)動(dòng)機(jī)相出凸臺(tái)加工精度低，裝配不方便。而在排氣歧管的制造過(guò)程中還是發(fā)現(xiàn)了許多設(shè)計(jì)問(wèn)題。+02 m/s，出現(xiàn)在排氣歧管第一個(gè)彎管處。壓力出口（Pressure outlet）是對(duì)著集合器。m1 kg1其局部速度、壓力等物理量在時(shí)間和空間都可能發(fā)生不規(guī)則脈動(dòng)。定常流動(dòng)（又稱(chēng)非穩(wěn)定流域或者非恒定流）是指流場(chǎng)中任一空間點(diǎn)上各運(yùn)動(dòng)要素不隨隨時(shí)間變化。除擊水現(xiàn)象外，液體均可視為不可壓縮流體。CFD是計(jì)算流體力學(xué)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是基于離散化的數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)流體的流場(chǎng)進(jìn)行分析的一個(gè)科學(xué)分支。美國(guó)Nelson消聲器公司推薦的消聲器容積計(jì)算公式為：V=Q?n?Vst/1000?τ?i …………………………………（ ）式中： n — 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min； v — 消聲器容積； i — 缸數(shù)； τ— 沖程數(shù)； Vst— 發(fā)動(dòng)機(jī)排量，L； Q —修正系數(shù)，取2到6，對(duì)消聲器要求越高時(shí)，Q應(yīng)越大。 賽車(chē)消聲器，排氣阻力可以降到最低在管道的管壁上打了許多小孔讓氣流流過(guò)，這樣和外面的封閉的大桶配合組成的膨脹腔，而且在腔中間填滿(mǎn)了消聲玻璃纖維，用來(lái)吸收氣體脈沖。實(shí)際工程運(yùn)用中多數(shù)車(chē)倆是使用三種方法組合消聲。 焊接成形集合器經(jīng)過(guò)分析對(duì)比較雖然焊接成形集合器整體性能比較好，可是考慮到成本因素最后選擇了沖壓彎折成形的集合器。還有就是在和歧管末端連接的時(shí)候需要把四根歧管矩形組合后留下的空隙用星形片填上（），以免漏氣。在集合器的工藝方案上有兩種選擇。先是把歧管裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上固定好，定好位置。其中使用了專(zhuān)用畫(huà)線(xiàn)工具。而選擇這樣的預(yù)彎管就必須知道這些管材的技術(shù)參數(shù)，主要就是：管外徑、管壁厚、中心線(xiàn)半徑、彎曲角度、腿長(zhǎng)。針對(duì)產(chǎn)生彎曲截面積收縮的原因, 采取下列工藝方法予以解決:(1) 彎曲成型時(shí), 在彎曲拉伸邊設(shè)置輔助支承芯棒2, 所示, 以平衡剪應(yīng)力, 消除剪切屈服, 避免法向塑性位錯(cuò)( 彎形) , 從而解決壓扁問(wèn)題。這既會(huì)影響使用質(zhì)量, 又嚴(yán)重影響外觀質(zhì)量, 而用于賽車(chē)排氣管的彎管, 管件的等截面積是首位的,如果產(chǎn)生了截面積顯著收縮, 就嚴(yán)重影響了使用的性能。這種工藝的特點(diǎn)便是排氣管重量輕，不利于大量制造，但是小批量生產(chǎn)容易。所以選擇了第一種方案。 排氣歧管正面（b） 排氣歧管側(cè)面面（b）：（c）這種排布方式不是很理想最主要的原因就是4號(hào)管特別彎曲，制造難度大。： 排氣歧管管口（a）這種排布方式的確定就是4管需要避開(kāi)2管。淘汰明顯不符合要求的方案，減少有限元分析的工作量。 集合器位置正面然后根據(jù)以上兩個(gè)大致位置和排氣歧管要求的長(zhǎng)度進(jìn)行布置，由于從正面看最右側(cè)的排氣管需要避開(kāi)機(jī)濾和發(fā)動(dòng)機(jī)支架，而且離集合器最遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)的時(shí)候?yàn)榱艘屗母艢夤艿乳L(zhǎng)，讓它走直線(xiàn)。整個(gè)排氣歧管的設(shè)計(jì)就是以這兩個(gè)位置為基準(zhǔn)的。因排氣氣管彎曲而引起的壓力損失如公式()所述：Δp=ξρv22 ………………………………………………………（ ）式中： ρ — 氣體密度kgm3； v — 氣體流速ms可以看出增大曲率半徑R可以減少因排氣管彎曲造成的壓力損失。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣過(guò)程中彎管處的流動(dòng)主要由前兩部分組成。4 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 排氣歧管設(shè)計(jì) 基本參數(shù)計(jì)算排氣管設(shè)計(jì)最基本的參數(shù)就是排氣歧管的長(zhǎng)度和管內(nèi)徑和彎曲中心線(xiàn)半徑。由于集合器在排氣系統(tǒng)中比較常見(jiàn)所以在市面上比較容易買(mǎi)到合適的集合器。在制造方面，由于需要三個(gè)2出1集合器，制造量較大。而且需要購(gòu)買(mǎi)兩個(gè)消音器。主要分兩大類(lèi)，一類(lèi)為吸收式消聲器，即聲能在管中的傳遞因?yàn)楸还艿乐杏眠m當(dāng)?shù)牟牧献龀蓛?nèi)襯吸收一部分而減弱了；另一類(lèi)為濾波是消聲器，即通過(guò)管子形狀的局部變化，影響管子中的氣體波動(dòng)，即把輸入的壓力波的組成成分改變后再傳向排氣出口。(5) 溫度：保持排氣管內(nèi)排氣的高溫才能保持排氣的速度。影響排氣慣性的條件有以下幾種：（1）速度：保持排氣高速，也就能夠提高慣性及真空低氣壓帶。如果沒(méi)有足夠的空間讓歧管布置得當(dāng)長(zhǎng)度相同就會(huì)很難設(shè)計(jì)。只要使用相同的歧管管徑和長(zhǎng)度，那么每個(gè)歧管諧振效應(yīng)發(fā)生作用的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是一樣的，就可以做到發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出效果最佳。高轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)因其轉(zhuǎn)速很高, 每次氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟的時(shí)間間隔比較短, 所以排氣管的歧管通常做得比較短, 可以讓真空低氣壓很短時(shí)間就反射回排氣門(mén)。 假設(shè)一輛發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1000CC的摩托車(chē), 那么在1000r/min舊的時(shí)候?qū)嶋H進(jìn)氣效率有70%就算不錯(cuò)的了。當(dāng)氣柱（活塞）往返運(yùn)動(dòng)時(shí)（諧振），管道（汽缸）的體積就時(shí)而增大，時(shí)而變??；體積增大相當(dāng)于負(fù)壓波，體積減小相當(dāng)于正壓波。 壓力波在管道中傳播特性和氣柱諧振效應(yīng)概述根據(jù)壓力波在管道中傳播的理論：當(dāng)正壓波經(jīng)過(guò)一開(kāi)口端，會(huì)反射一個(gè)負(fù)壓波；當(dāng)它經(jīng)過(guò)一個(gè)閉口端，會(huì)反射一個(gè)正壓波。這個(gè)特點(diǎn)帶來(lái)了許多特殊問(wèn)題。不過(guò)本文目前只考慮換氣過(guò)程中的排氣部分，混合氣的形成過(guò)程不再討論范圍。排氣系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的最大目標(biāo)就是優(yōu)化排氣過(guò)程提高發(fā)動(dòng)機(jī)換氣效率以及減少排氣噪音。4）噪音等級(jí)上限為110 dB。2）尾氣出口必須要合理布置。從而獲得更大的功率和扭矩。所以往往用不易于量產(chǎn)的工藝和材料。 FSAE賽車(chē)排氣系統(tǒng)與民用車(chē)性能取向比較FSAE賽車(chē)或者說(shuō)大多數(shù)高性能賽車(chē)的排氣管系統(tǒng)和民用車(chē)排氣管在性能取向上來(lái)說(shuō)是非常不一樣的。本賽事也是一場(chǎng)“工程教育式的體驗(yàn)”。可以這樣說(shuō)，汽車(chē)的形成與發(fā)展引發(fā)了汽車(chē)運(yùn)動(dòng)，而汽車(chē)運(yùn)動(dòng)引發(fā)高科技的不斷突破，從而帶動(dòng)了整個(gè)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：排氣系統(tǒng)，諧振效應(yīng)，消聲器，彎管Exhaust system Design of FSAE carABSTRACTBased on the 2011 Formula SAEChina, the second college student formula car petition in China,this pare was to design and manufacture a exhaust system for Formula racing car. The designed exhaust system should fulfill the requirement of low mass, higher power performance and easy fabrication, on the basis of FSAE rules.The main task for this paper is to design and analysis of exhaust system for FSAE car. （1）Based on the characteristics of exhaust system, design theory was selected, then the main parameter of exhaust system were determined, and also the arrangement of exhaust pipes.(2) The CATIA software was used to establish the 3D model was imported into Fluent software to analysis the performance of desigened exhaust system. Results showed that the desighed exhaust head can meet the requirement of FSAE car.(3)The exhaust system was fabricated according to the future improvement of fabrication was proposed improve the performance of exhaust system. This paper is both summery of design and fabrication of exhaust system for FSAE car, which can provide useful reference of the design of exhaust system for teams in China. Key Words: Exhaust system, Muffler , Resonance effect, bendFSAE賽車(chē)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析張勰嵩 0531072100 引言眾所周知，要設(shè)計(jì)制造一輛完整的汽車(chē)是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，特別是對(duì)一群大學(xué)生而言，因此大學(xué)生方程式大賽將使車(chē)隊(duì)成員們付出巨大的心血。（1）根據(jù)排氣管設(shè)計(jì)的要求，選擇排氣管的設(shè)計(jì)思路，完成排氣管關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算和排氣管的布置方案；（2） 使用CATIA軟件完成排氣系統(tǒng)的三維建模，并導(dǎo)入有限元分析軟件Fluent進(jìn)行排氣性能分析。s speak seriously as a basic attitude, adhere to positive education, to carry out criticism and self criticism group, adhere to the pragmatic, more emphasis on leadership, pay more attention to the layers of the demonstration, more focus on the four winds, solve the problem, pay more attention to open the door, the partici