汽车尾气消声器声学及阻力特性研究文献综述

 2021-10-14 20:53:32

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文献综述

1.研究背景

随着我国汽车行业的迅猛发展,国内汽车保有量近年来飞速增长,如今保有量已超过两千万辆,随之而来的城市噪声污染问题也日趋严重,人类的正常健康生活也不可避免受到严重影响。汽车作为流动声源,对城市环境的影响面非常广泛,科学研究表明,城市环境噪声的来源基于机动车辆的大量流动使用,因此如何降低汽车噪声,成为国内外汽车行业科研工作者历年来不断研究,力求攻克的科学难题,而且这也是广大消费者对更为舒适的汽车品质的追求[1]。

汽车的主要噪声源是其动力提供者-发动机[2],因此要想降低整车的噪音,必须要先从控制发动机噪声开始。目前国内外汽车行业科研人员对此的普遍共识是在汽车上安装一个汽车尾气消声器,汽车尾气消声器的作用是:在不会影响气流通过的同时,阻止噪音的传播[3],然而,安装了消声器后,就会增加发动机排气阻力,从而导致汽车的燃油经济性和动力性下降,严重时,发动机无法正常工作[4],为解决这个问题,就需要设计一款既能有很好的消声功能又具有低流动阻力损失的消声器[3],故尔,对汽车尾气消声器声学及阻力特性这一课题的研究是非常有必要的,也是我国汽车领域能否走向世界前沿的关键因素。

2.消声器理论基础

消声器作为降低汽车排气系统噪声的主要消声装置[7],设计研制出降噪性能良好的消声器是减少汽车排气噪声最直接有效的方法,也是噪声控制工程中的重要手段。在消声器的声学性能研究分析中应该具有基本的声学理论和空气动力学理论等知识[5]。

2.1消声器声学基础

我们的周围充满了声音,声音是由物体的振动引起的,物体的振动带动毗邻的空气周期性地膨胀或收缩,产生压力,以波的形式经过媒介传播到人的耳朵中[8],就感觉到了声音。噪声本质上也是一种声音,完全具有声音的属性,只不过它是一种频率不规则的、人在主观上不喜欢的声音。声音的辐射、传播和接收等要遵循一系列的物理规律。消声器的声学基础除了包括了声音的频率、波长和周期等基础知识外[9],也包括了评价噪声的指标,比如声压、声压级、声强、声强级、声功率、声功率级、响度和响度级等知识[10],其中声压是指有声波时,空气中压强超过静压力的值,声压越大,听到的声音越强。正常人刚刚能听到的声音频率为1000Hz的声音的声压是Pa(听阈声压)[11]。使人耳产生疼痛的声压是20Pa以上,可见人耳可听声压范围很宽,绝对值相差百万倍以上,故用绝对值表示就很不方便,而宜采取级的概念,其量度单位是dB[12],级的引用是为了数值的表示方便,常用的级有:声压级、声强级和响度级等。

3.AVLBOOST软件介绍及运用

AVLBOOST是一款由奥地利AVL公司开发的用以模拟各种发动机的工作过程的软件[13],如配气机构的优化,消声器的优化研究等等,其应用范围从小到摩托车到大型的海上推进器用发动机。此外,BOOST还可用于模拟空气动力系统的特性。这款软件包含BOOST发动机性能分析模块、BOOST线性声学分析模块、BOOST尾气净化装置模块和BOOST的热网络生成器模块(TNG)这四个模块[14],它是由包括交互式预处理程序、主程序和后处理程序三部分组成的应用性极强的一款模拟仿真软件。

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