内燃机排气声源阻抗及排气噪声特性研究

Edinburgh

作者：胡志龙
在内燃机排气消声系统的声学性能研究中，常用的有传递矩阵法和非定
常流动分析法。如果声源阻抗已知，则用传递矩阵法来预测消声系统的声学
特性是比较方便准确的。但是，到目前为止，排气噪声源阻抗多用实验方法
确定，这限制了传递矩阵法的应用。
为了能准确方便地预测源阻抗，本文使用GT-POWER软件模拟发动机工作
过程，结合多负载法确定排气声源阻抗。为了验证该方法的正确性，应用此
方法预测了4102BG柴油机排气声源阻抗并与实验结果作了比较。通过比较可
以发现：用四负载法预测的结果较二负载法和三负载法更接近实验结果。在
此基础上，使用四负载法研究了转速及负荷对排气噪声源阻抗的影响。
为了考查三维波对消声器声学性能的影响，本文分别使用一维和三维方
法计算消声器的传递损失。结果表明，一维理论只适用于截止频率以下的低
频计算，而三维有限元法能准确计算任意频率下消声器的声学性能。为考虑
三维波对消声器声学性能的影响，本文将计算得到的源阻抗和管口辐射阻抗
作为消声器入口和出口的边界条件，使用三维有限元法求出消声器的四极参
数，从而计算消声器的插入损失。使用这种方法，计算了三通穿孔管消声器
的插入损失，并与恒压源、恒速源以及无反射源的计算结果作了对比，发现
采用简化的声源模型在共振频率及通过频率附近与计算声源模型相差较大。
本文给出了内燃机排气消声系统设计的一般步骤，对4102BG柴油机的排
气消声系统进行了设计，使其排气噪声和背压满足要求。