文档介绍：基于气流反相对冲原理的排气消声器对冲结构的设计
设计者: 刘朋飞
指导老师: 薛晶
二零一四年六月十八日
内蒙古农业大学机电工程学院
基于气流反相对冲原理的排气消声器设计
一前言
噪声污染主要来自于道路上行驶的汽车,而其根本源头是汽车发动机,拿柴油机为例,其噪声一般分为机械噪声,燃烧噪声和空气动力性噪声,排气噪声在发动机整机噪声中占主导地位,在单缸柴油机的噪声源中排在前3位的分别是排气噪声,齿轮室盖和油底壳,分别占总噪声功率的49%,12%和4%,排气噪声最为突出,约占整机声功率的一半。排气噪声主要是在排气开始时废气以脉冲形式从排气门间隙排除,并迅速从排气口进入大气,所形成的能量很高频率复杂的噪声。而随着柴油机开始在国内小型乘用车上的增多和普及,设计一种可以有效降低柴油机噪声的消声器就显得很有必要,这对降低噪声污染具有着重要的社会意义和价值。本文对之前有人提出过的基于气流反相对冲原理排气消声器进行了研究分析,并且设计一种可以实现让汽车尾气进行对冲消声的一种对冲的消声器结构。
二反相对冲结构的设计
基于气流反相对冲原理降低气体流速,从而达到消声的目的。反相对冲消声单元,即可以让发动机排出的废气实现对冲的结构,从而使气体流速降低。本课题突出了几种反相对冲结构的设计与分析,设计1三维图如图1所示:
图1
图1所示的是笔者自己设计的一种对冲结构。发动机的尾气从C进入对冲结构,然后经中间隔板分隔被分到上下两支路,如图1中B,经过支路后在D处汇合并进行对冲,通过A流出第一对冲单元并紧接着进入第二对冲单元。第一,第二,第三对冲单元是同样的三个对冲单元串联在一起形成总对冲结构,气流每经过一次对冲,流速就降低一定值,并消耗气流部分能量,经过三次对冲后,气流的速度明显的降低,已知气流的再生噪声与气流流速的六次方成正比,当流速降下来后,再生噪声就会明显的降低,从而达到了消声的效果。
笔者用fluent对所设计的结构进行了模拟实验,结果如图2所示:
图2
图2中左边是速度色条,红色表示速度最高,蓝色表示速度最低。由模拟的实验结果可以看出,气流在出口处管道的中间速度增大,而距离管道壁一定距离的范围内速度是减小的,但随着出口管长度的增加,发现速度也在呈降低趋势,这说明笔者所设计的对冲结构可以起到一定降低气流速度的效果。
分析出口管道中间气流速度增加的可能的原因:
1 气流在D处相遇并对冲时形成了涡流,使得气流速度增加;
2 所设计的对冲结构尺寸上可能不合理,D处的对冲弯管可能太短;
3 用fluent软件做模拟实验时所采用的实验参数误差比较大。
三针对设计1对冲结构的优化
笔者根据前面提到设计1存在的缺点,对其进行了改良优化,设计2如图3所示:
C
图3
图3所示的是对设计1进行改进后的对冲结构,与设计1相比,设计2的优点在于B结构。A是进气口,B是一个锥形放大结构,可以使从A进来的气体进行扩张,气体突然的扩张会在一定程度上减小气流的速度,即扩张本省就有降低气流速度的作用。气流经过B扩张后被锥形进气口弯管均分成上下两支路D,然后通过出口弯管E进行对冲,由F流出。设计2的另一个优点是出口弯管的长度比设计1要长,这样可以让上下两支路的气流进行充分的对冲,起到更好的对冲效果。由于时间原因,笔者不再对设计2进行fluent模