柴油機三合一后處理器聲學性能的研究.pdf

1、隨著國家開始提高噪聲控制和排放法規(guī)的要求，柴油機對后處理器的要求也越來越高。不僅需要起到良好的降噪效果，同時還要起到降低有害排放物、提高能源利用率的作用。在現(xiàn)有的柴油機排氣系統(tǒng)中，一般包括消聲裝置、尾氣凈化裝置和換熱裝置三個部分。消聲裝置主要是用來減少柴油機的排氣噪聲，減少排氣噪聲對環(huán)境的污染和對人體的傷害。尾氣凈化裝置主要用于凈化尾氣中的有害成分，以減小對環(huán)境的污染;換熱裝置則是利用換熱管中流動的冷卻水與高溫排氣間的熱交換，在寒冷的冬

2、天對車廂進行供暖，從而提高能量的利用率。本文研究的柴油機三合一后處理器，將傳統(tǒng)消聲器的消聲模塊與尾氣凈化模塊、換熱模塊集成在一起，不僅縮小了安裝空間，而且達到了消聲、尾氣凈化和換熱的作用。本文采用實驗研究、有限元法和傳遞矩陣法三種方法，研究了三合一后處理器的聲學性能。
　　本文首先對三合一后處理器的研究狀況進行了介紹。通過介紹消聲器設(shè)計的相關(guān)理論基礎(chǔ)和尾氣排放物中的有害成分，柴油機排氣噪聲的種類及其控制措施，尾氣排放物中有害成分及

3、其控制措施和消聲器的評價指標，為后面的研究奠定基礎(chǔ)。
　　然后，通過實驗研究，對三合一后處理器進行了整體聲學性能的分析。對三合一后處理器的聲學性能、空氣動力性能和燃油經(jīng)濟性能評價，選擇整體聲學性能較好的三合一后處理器結(jié)構(gòu)A，為后文中使用有限元法和理論研究對A結(jié)構(gòu)進行局部聲學性能的分析做準備。
　　其次，闡述了實驗研究只能進行整體聲學性能分析的局限性，而有限元法可以對三合一后處理器進行局部聲學性能的分析。使用聲學模擬軟件Vir

4、tual.LabAcoustics，對三合一后處理器中的消聲模塊、催化載體模塊和換熱模塊進行了分析，以揭示每個模塊對后處理器聲學性能的影響。為了證明仿真結(jié)果的可靠性，根據(jù)排氣頻譜，將計算得到的傳遞損失換算為柴油機運行工況下相對應的插入損失。其結(jié)果與實驗結(jié)果進行比較，驗證了仿真的有效性。
　　最后，闡述了傳遞矩陣法與有限元法相比，在進行三合一后處理器聲學性能計算和結(jié)構(gòu)優(yōu)化時的優(yōu)點。第一，利用傳遞矩陣法推導了穿孔直通型、穿孔擴張型結(jié)構(gòu)

5、、穿孔收縮型結(jié)構(gòu)、催化載體的傳遞矩陣。通過Matlab編程對每一個穿孔管結(jié)構(gòu)的傳遞損失進行計算，并將計算結(jié)果與三維模擬分析結(jié)果比對，結(jié)果表明數(shù)值解耦分析法與有限元法在中低頻率范圍內(nèi)具有較高的精度。第二，將直通型蜂窩載體看作是由一定數(shù)量的細長直管構(gòu)成，每根直管認為是剛性直管并且相互獨立。根據(jù)直管是平行的關(guān)系，可以得到該催化載體的聲傳遞矩陣。通過對簡單擴張腔消聲器和裝有催化載體的同款消聲器的傳遞損失進行比較，驗證了催化載體在中高頻段具有良好