柴油機微粒捕集器聲學特性仿真及優(yōu)化.pdf

1、隨著柴油機的廣泛應用，對微粒捕集器的需求也日益增加。微粒捕集器不僅能夠降低發(fā)動機排氣中的碳煙含量，而且由于其多孔介質(zhì)特性，因此還具有一定的消聲能力。目前，對微粒捕集器聲學特性的研究還比較少，因此，采用一種可靠的方法，研究聲波在微粒捕集器中的傳播規(guī)律，對微粒捕集器的聲學特性進行仿真預測，具有十分重要的現(xiàn)實意義。
　　本文首先對聲學計算的基本理論進行簡單介紹，推導了一維聲波方程和三維聲波方程的表達式，分析了聲學計算中三種常用方法，對傳

2、遞矩陣法和電-聲類比方法在聲學計算中的應用進行了詳細介紹。
　　其次，以Virtual Lab為主要工具，將一維傳遞矩陣法和聲學有限元法相結合，計算微粒捕集器的聲壓分布、傳遞損失和插入損失。通過Virtual Lab計算出簡化的微粒捕集器模型的進出口聲壓，計算得到微粒捕集器的傳遞矩陣。根據(jù)微粒捕集器的傳遞損失計算公式計算出微粒捕集器的傳遞損失，根據(jù)所建立的插入損失計算模型計算出微粒捕集器的插入損失。
　　計算結果表明：微粒捕

3、集器的傳遞損失呈明顯的波峰波谷狀態(tài)，在頻率為560Hz時傳遞損失具有最小值-1.8dB，說明此時微粒捕集器對排氣系統(tǒng)的噪聲起到了增強的作用，當頻率為3000Hz時，傳遞損失達到最大為18.7dB。隨著頻率的升高，傳遞損失的波峰與波谷值都逐漸升高，說明微粒捕集器對中高頻噪聲具有比較好的消聲效果。原機微粒捕集器的插入損失整體分布在10dB-35dB之間，并且隨頻率升高而逐漸增大，印證了傳遞損失的計算結果。將仿真得到的傳遞損失計算結果與實驗數(shù)

4、據(jù)相比對，驗證了仿真模型的可靠性。
　　最后，根據(jù)所建微粒捕集器聲學模型，分析結構參數(shù)改變對捕集器聲學特性的影響，并對原微粒捕集器進行優(yōu)化設計。主要改變包括孔道形狀、過濾體孔隙率、孔道邊長、過濾層厚度、過濾體長徑比。計算結果表明：采用進八出方和方形不對稱孔道、增大孔隙率、減小孔道邊長、增大過濾層厚度、提高過濾體長徑比都能夠提高微粒捕集器的消聲能力。設計優(yōu)化方案是捕集器孔道形狀為方形不對稱、長徑比增至1.2，計算結果表明，優(yōu)化方案相