【正文】 10dB(A) C=2~3 B 類(lèi)消聲器 消聲量≥ 15dB(A) C=4~5 C 類(lèi)消聲器 消聲 量≥ 20dB(A) C=7~8 D 類(lèi)消聲器 消聲量≥ 25dB(A) C=10~13 iK 為 氣缸修正值，31iKi ? (37) i 為 氣缸數(shù) 。 hV 為 發(fā)動(dòng)機(jī)排量 (L)。依據(jù)一維平面波理論，只要擴(kuò)張比相同，不同形狀的消聲器性能是一樣的，但實(shí)際上，由于高次諧波的存在，不僅消聲 器的形狀，而且進(jìn)出氣管的位置等對(duì)消聲器性能都有一定的影響。而當(dāng)頻率較高時(shí)，由高次諧波的影響，在擴(kuò)張比相同的條件下，不同截面形狀的消聲器的性能是不一樣的。 在截面積相同的條件下，消聲器越是扁平，其性能越差。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 消聲器外形尺寸 L 和 D 以及消聲器腔數(shù) n 的確定 1） 消聲器外形尺寸 L 和 D 的確定 消聲器容積 V 確定之后 ,消聲器的直徑和長(zhǎng)度也可確定。 21SSm? （ 38） 式中， 1S 為 進(jìn)、出口截面積； 2S 為 消聲器擴(kuò)張腔橫截面面積 。 本文以圓形截面的消聲器為例為將公式（ 38）化簡(jiǎn)得到公式 22Ddm? (39) 在擴(kuò)張比 m 確定后，選定容積，實(shí)際上就已確定了消聲器的 長(zhǎng)度，根據(jù)消聲器體積公式（ 310）確定消聲器長(zhǎng)度 L。 L/D 越小，說(shuō)明消聲器越短粗 ,膨脹比越大 ,最大消聲量也大 ,高頻消聲效果好 ,但是 ,低頻消聲效果差。 2） 消聲器腔數(shù) n 的確定 消聲器腔數(shù) n 越多，從理論上講最大衰減量為 ? ? nm ?? 6lg20 消聲量越大，高頻消聲效果好，而低頻消聲效果差。因此 ,消聲器分隔的腔數(shù)多少 ,應(yīng)與消聲特性和消聲量相配合。一般第一腔的容積不應(yīng)小于內(nèi)燃機(jī)排量 hV 的 1～ 3 倍 當(dāng)內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速 n≤ 3000 rpm 時(shí) ,第一腔長(zhǎng) 度 L1 主要應(yīng)考慮消除內(nèi)燃機(jī)燃燒過(guò)程和進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)所產(chǎn)生的沖擊噪聲 ,其基頻及其諧波： kNif ?60? （ 312） 式中 N 為內(nèi)燃機(jī)主軸轉(zhuǎn)速； i 為氣缸數(shù) 。 內(nèi)燃機(jī)在標(biāo)定功率時(shí) ,n3000 rpm,這時(shí)第一腔長(zhǎng)度 L1 主要應(yīng)考慮中低頻成分中最突出的噪聲頻率。第一腔的長(zhǎng)度 L1 應(yīng)取其中心頻率波長(zhǎng)的 1/4, fcl 4? （ 313） Tec ? （ 314） 式中： C 為膨脹腔內(nèi)聲速 (m/s)， Te為標(biāo)定功率時(shí)排氣溫度 (K)。 L2=L1/2,L3=L2/2。 確定各腔長(zhǎng)度后， 還應(yīng)將由各腔長(zhǎng)度確定的總長(zhǎng)與有擴(kuò)張比 m 和消聲器容積確定的總長(zhǎng)綜合比較，若有矛盾還需做微量調(diào)整以最終確定能實(shí)現(xiàn)兩者協(xié)調(diào)的消聲器外形 尺寸 L 和 D 以及各腔長(zhǎng)度 il 等各尺寸參數(shù)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 Dcf ?上 (315) LVscff ?222 0 ??下 (316) 式中： c 為擴(kuò)張腔內(nèi)聲速 (m/s） ； D 為擴(kuò)張室截面特征尺寸 (m)； f0 為消聲器共振頻率； s 為擴(kuò)張腔的橫截面， L 為消聲器各腔的長(zhǎng)度， V 為消聲器各腔對(duì)應(yīng)的容積。 共振腔消聲器是由一段開(kāi)有若干小孔的管道和管外一個(gè)密閉的空腔所組成。 共振腔消聲器的共振頻率見(jiàn)公式（ 317） VGcf ?20 ? (317) 式中： C~聲速 。G~傳導(dǎo)率 ,是一個(gè)以長(zhǎng)度為單位的物理量由公式（ 318）確定。t 為 板厚。 )21(10LgL 2k??? （ 319） 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 式中， k 為 與共振腔消聲器消聲性能有關(guān)的無(wú)量綱常數(shù)。 由公式（ 317） 、 （ 38）可確定穿孔直徑。 消聲器 內(nèi) 各腔連接的 確定 由一維聲波理論得到簡(jiǎn)單擴(kuò)張腔村在通過(guò)頻率，可以通過(guò)采用插入管及多節(jié)擴(kuò)張腔串聯(lián)。采用插入管連接時(shí)，插入管的長(zhǎng)度為 L/2 可以消除偶數(shù)倍通過(guò)頻率，而插入管長(zhǎng)度為 L/4 可以消除奇數(shù)倍通過(guò)頻率，故插入管連接時(shí)，其插入管長(zhǎng)度可用 L/2 和 L/4 相互匹配，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，插入管長(zhǎng)度可比計(jì)算長(zhǎng)度減少 (～ )d（其中， d 為插入管內(nèi)徑） 。隨著兩插入管的接近，高速脈動(dòng)氣流越不能在消聲器中得到充分膨脹，排出氣體仍 以脈動(dòng)形式從排氣管中排出，出入口處排氣產(chǎn)生的渦流越強(qiáng)，因而在某些頻率形成再生噪聲。 消聲器聲學(xué)性能分析方法 由于消聲器的聲學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)中傳聲損失反映的是消聲器本身的傳遞聲波特性，不受聲源管道系統(tǒng)和消聲器之后尾管的影響，故對(duì)消聲器進(jìn)行理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，采用傳聲損失比較方便。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 一維平面波理論分析 如果消聲元件的軸向尺寸比其徑向尺寸大得多，為便于分析，將內(nèi)部聲波近似簡(jiǎn)化為平面波，即聲壓只與一個(gè)軸向位置有關(guān)。 A 為聲壓幅值， ? 為初始相位角。但噪聲頻率提高后 ,在消聲器擴(kuò)張室內(nèi)存在有高階模式波 ,而且由于實(shí)際的排氣消聲器具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu) ,其內(nèi)部聲波本質(zhì)上是三維的。傳聲損失的計(jì)算方法主要有傳統(tǒng)法、四極傳遞矩陣法、三點(diǎn)法等三種。假設(shè)消聲器進(jìn)口和出口截面相等 ,空氣溫度和密度不發(fā)生改變 ,則傳聲損失可表達(dá)為 tipp20LgLTL ? （ 321） 式中 , iP 為直管進(jìn)口的入射聲波聲壓均方根； tP 為消聲器出口的透射聲波聲壓均方根； iP 、 tP 別通過(guò)計(jì)算直管和消聲器兩個(gè)模型得到 ,直管和消洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 聲器分別需要施加相同的邊界條件 ,即進(jìn)出口管施加ρ c(ρ、 c 分別為空氣密度和聲音在空氣介質(zhì)中的傳播速度 )的阻抗 ,同時(shí)進(jìn)口管施加單位振動(dòng)速度。 1v 、 2v 分別為消聲器進(jìn)口和出口振動(dòng)速度 ,并且： 1,021 12)/( ??? vvppA 12 1,021 )/( ??? vpppB 1)/( 1,0221 ?? ? vvvvC 1,0)/( 1021 2 ??? ? vvvD p (323) 四極傳遞矩陣法的傳聲損失為 ]21lg[20 DcCcBAT TL ???? ?? (324) 3） 三點(diǎn)法 為了提高消聲器傳聲損失的計(jì)算速度 ,WAN 提出了三點(diǎn)法。故本文有限元法分析計(jì)算傳聲損失時(shí)采用的方法便是 三點(diǎn)法。出口管需要施加吸聲終端和ρc的阻抗 ,這樣由于吸聲終端出口管內(nèi)僅有透射聲波。其中 ,3點(diǎn)為出口管上的點(diǎn) ,透射聲壓 3ppt? ,進(jìn)口管內(nèi)的聲波包括入射聲壓和反射聲壓 ,1 點(diǎn)和 2 點(diǎn)分別是進(jìn)口管上的兩點(diǎn) ,z1 和 z2 是兩點(diǎn)消聲器軸向坐標(biāo)。 圖 31 通過(guò)上述公式可求得 ip ，結(jié)合 3 點(diǎn)的聲壓 3p 代入傳聲損失計(jì)算公式： 322 2020ppLgppLgL itiTL ?? (327) 式中， ip 為進(jìn)口界面處的入射聲壓， 3p 出口處的投射聲壓。在本文中，采用壓力損失來(lái)分析評(píng)價(jià)消聲器的空氣動(dòng)力性能 。 而本課題將采用傳統(tǒng)的壓力計(jì)算來(lái)進(jìn)行分析。消聲器的壓力損失主要包括沿程阻力損失和局部阻力損失。這種損失的大小與流體的流動(dòng)狀態(tài)有著密切的關(guān)系。 消聲器沿 程阻力損失計(jì)算公式： gdLvhf 22?? （ 328） 式中： L 為管道長(zhǎng)度； d 為管道內(nèi)徑 。 式中 ?為局部損失系數(shù)， v 為入口平均流速， g 為重力加速度。 221 )AA1??（? （ 329） 對(duì)于管道界面突然縮小情況局部損失系 ?按公式（ ）計(jì)算，也可查表 32。 表 32 截面突然擴(kuò)大的局部阻力損失系數(shù) ： 12AA ? ? 總能量損失和為所有的局 部損失和沿程損失之和即 : 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 fjw hh ???h （ 331） 換算成壓力單位，得到消聲器的壓力損失公式 : wgh???p （ 332） 消聲器的改進(jìn)設(shè)計(jì) 消聲器的改進(jìn)設(shè)計(jì)需要綜合考慮聲學(xué)性能、空氣動(dòng)力性能和結(jié)構(gòu)性能，最終給出消 聲器結(jié)構(gòu)的合理幾何參數(shù)。故在消聲器的改進(jìn)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要確定改進(jìn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和意圖，通過(guò)對(duì)原設(shè)計(jì)消聲器的性能分析，比較消聲器的傳聲損失和相應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲頻譜特性的匹配程度，即是否滿(mǎn)足排氣噪聲較大的頻率對(duì)應(yīng)的消聲器的傳聲損失，找到原設(shè)計(jì)消聲器的不足之處，有方向的進(jìn)行改進(jìn) 。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第 4 章 汽車(chē)排氣系統(tǒng)消聲器的設(shè)計(jì) 本文針對(duì) 設(shè)計(jì)的汽車(chē)排氣系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)： 6 缸， 排量，怠速轉(zhuǎn)速為 700rpm,額定轉(zhuǎn)速為 2500rpm；標(biāo)定排氣溫度 1200K；排氣總管直徑 90mm。其主要參數(shù)包括：消聲器容積、進(jìn)氣管直徑、出氣管直徑、消聲器擴(kuò)張比、消聲器腔數(shù)、消聲器各腔長(zhǎng)度、消聲器內(nèi)插管的布置方式及其長(zhǎng)度、截面形狀等。 排氣消聲器進(jìn)、出氣管內(nèi)徑 1d 、 2d 的確定 發(fā)動(dòng)機(jī)以標(biāo)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，消聲器進(jìn)氣平均流速初步選擇 V=80m/s 由公式（ 32）和（ 33）得到消聲器進(jìn)、出氣管直徑 1d =, 2d =與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管直徑很接近，故初步確定消聲 器進(jìn)、出氣管直徑分別為110mm,78mm。初步確定消聲器的容積 V 為 。在截面積相同的條件下，消聲器越是扁平，其性能越差。 消聲器外形尺寸 L 和 D 以及消聲器腔數(shù) n 的確定 取膨脹腔的預(yù)期最大消聲量 dB20Lmax ? 根據(jù)公式（ 38）計(jì)算得到洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 m= 初步在擴(kuò)張比 m 確定后，選定容積，實(shí)際上就已確定了消聲器的長(zhǎng)度。 消聲器的縱橫比 L/D= 滿(mǎn)足消聲器的縱橫比 L/D=~5,對(duì)于直通式消聲器 ,L/D=6~8，且在取值范圍中間，說(shuō)明消聲量，及消聲頻率范圍都比較式中，及高、低頻都有一定的消聲量，中頻消聲效果最佳。 消聲器各腔長(zhǎng)度的確定 由公式（ 312）計(jì)算的發(fā)動(dòng)機(jī)不同的常用轉(zhuǎn)速下中、低頻脈動(dòng)噪聲的前八倍頻的頻率分部情況如表 所示： 表 不同的常用轉(zhuǎn)速下頻率分布 由于本文中內(nèi)燃機(jī)的標(biāo)定轉(zhuǎn)速 2500rpm大于 2020rpm,第一腔長(zhǎng)度 L1 主要應(yīng)考慮中低頻成分中最突出的噪聲頻率。 由于發(fā)動(dòng)機(jī)主要是為了滿(mǎn)足車(chē)外加速噪聲試驗(yàn)要求，因此計(jì)算轉(zhuǎn)速主要針對(duì)車(chē)外加速噪聲試驗(yàn)的出線(xiàn)轉(zhuǎn)速的工況。 倍頻數(shù) 轉(zhuǎn)速 （ rpm） 1 2 3 4 5 6 7 8 1000 50 100 150 200 250 300 350 400 2020 100 200 300 400 500 600 700 800 3000 150 300 450 600 750 900 1050 1200 4000 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 5000 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2020 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 5043n ?? rn （ 4