指导教师 张袁元 摘 要消声器在排气系统里是一个关键的结构体，它对于噪声的消声效果，直接影响排气系统性能。内燃机排气系统设计与优化是根据汽车发动机的排量、功率、扭矩、转速等相关参数，设计符合要求的排气系统，确定消声器的选型以及其他结构参数等。对消声器建模，采用有限元方法计算声学，保证设计的消声器在低中高频的最低消声量维持在25dB以上；对流体性能进行仿真分析，将消声器的压力损失降低到4500Pa以下。针对流体动力学性能的仿真分析，根据实际需求模拟流体流动、湍流特性、热传递状态等，对气流在消声器结构中的流动状态采取不同的离散格式和数值计算方法，可以进行精度较高的消声器流体动力性能计算。做消声器的声学性能计算时，将完成前处理的有限元网格导入后，凭借着良好的声振分析能力和便捷的使用条件，分析消声器内部的声压特性。消声器的声学和流体力学采用不同工具进行计算，可以将计算精度提高到80%左右，设计出高消声性能、低压力损失的排气消声器。排气系统消声器的结构设计有别于传统的样式，采用中心对称式的结构，提高结构稳定性，是在设计方向的一种新尝试。同时，考虑到轻量化在汽车市场上的逐渐普及，设计合理的壁厚以及选材。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 排气系统优化设计意义 1
1.3 消声器研究现状 1
1.4 排气系统优化设计方法 2
第二章 排气系统消声器结构理论与性能要求 3
2.1 排气系统噪声来源及分析 3
2.2 消声器结构组成及消声原理 3
2.3 消声器常见分类 3
2.4 消声器性能分析 5
2.4.1 消声器流体力学理论分析 5
2.4.2 消声器声学理论分析 6
2.5 本章小结 9
第三章 消声器初步设计 10
3.1 发动机基础数据 10
3.2 消声器主要参数 12
3.3 本章小结 15
第四章 消声器性能分析 16
4.1 消声器三维建模 16
4.2 流体力学模型性 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: @351916072@ 
能计算及分析 17
4.2.1 流场计算模型建立 17
4.2.2 流场性能分析 19
4.3 声学模型性能计算及分析 25
4.3.1 声场计算模型建立 25
4.3.2 声场性能分析 26
4.4 本章小结 29
第五章 消声器优化设计 30
5.1 消声器优化方案 30
5.2 本章小结 30
结束语 31
致谢 32
参考文献 33
绪论
1.1 课题研究背景
汽车行业的快速发展带来了便捷的交通，但也对人类生活产生了影响，消耗石油等不可再生燃料，导致能源告竭；铺设大量道路，急剧减少土地资源；与人们生活息息相关的是噪声问题。尤其是在车辆噪声这一方面。
一些发达国家，对车辆噪声极为重视，自60年代起就开始逐步制定一系列的法规、条令来进行控制[1]。不管是由联合国欧洲经济委员会提出的ECE，或者是欧共体提出的EEC，以及日本的《噪声控制法》和美国的SAE J366、Noise Act of 1972等等，大都自70年代颁布，并且每隔3到5年就修订一次法规条令。
我国为了减少交通噪声，也颁布了法规条例推动了汽车降噪工作的进程，在很大程度上降低了各种车辆发出的噪声。在这样的背景下，汽车制造业开始对降噪技术的研究投入精力。
为满足汽车的外观、强度要求，车身外形大都相差无几，同时，发动机主要是确保起步、加速性能。两者在降噪方面起的作用并不大，改善整车噪声问题就需要对排气系统进行大力改进。
1.2 排气系统优化设计意义
噪声包括车辆噪声、工业噪声、社会噪声，其中，车辆噪声占很大比例。而汽车噪声则主要是发动机的振动引起的系统噪声和排气噪声[2]，降低汽车整车噪声最有效的途径就是降低排气噪声。因此，要对内燃机排气系统进行优化设计。
1.3 消声器研究现状
气体在流动的过程中会发生相互冲击或者是与固体碰撞，这种情况下容易产生噪声，既气体动力噪声。这是一种常见的噪声，而控制这类噪声最有效的办法就是在气体流经管道处或气体出口处装置消声器[3]。消声器的结构特征允许气流通过其流出，但是又能做到降低气流流速、减小噪声传递。
目前消声器常用LMS Sysnoise、GTPower、AVL Boost等软件进行结构设计，采用三维解析法、有限元法、边界元法等方法对消声器的声学性能以及流体性能进行计算分析[4]。
1.4 排气系统优化设计方法
如图11排气系统基本由排气歧管、催化器、消声器等零部件组成。
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图11 排气系统示意图
用有限元前处理软件Hypermesh和流体分析软件Fluent对排气系统中的消声器及排气管道等结构进行研究，设计符合要求的排气系统，使其具有良好地声学和流体性能。具体内容如下：
(1) 分析内燃机排气系统发出噪声的源头，以及消声器的消声原理和种类特点；
(2) 根据内燃机排气消声器的流体、声学理论以及它们各自的评价指标，确定消声器分析采用有限元法；
(3) 选取发动机类型，根据它的参数来对消声器进行选型和结构参数的计算；
(4) 使用UG绘制消声器三维几何模型，并分别建立声学和流体的有限元模型，通过仿真软件的计算，对设计的实际效果进行总结分析。
(5) 对未达到目标性能要求的消声器进行优化设计，重新仿真，并且确定最后的排气系统结构。
排气系统消声器结构理论与性能要求
2.1 排气系统噪声来源及分析
车辆在行进过程中，容易发出各种噪声，而在这些噪声中，排气系统所发出的噪声占有主要地位。
噪声控制是指在经济和工艺条件允许的情况下，采用一定的技术方法降低噪声频率和振幅到人耳可接受水平[5]。降低噪声可以采取控制噪声源和改善传播介质两种方法。声音的来源有两个，分别是发动机排气歧管和消声器，传播介质为中间连接管道。发动机排出的气体在管道中传输时，消声器所处位置是最大的噪声源。

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