单缸发动机消声器压力损失的CFD研究.pdf

华南理工大学学报(自然科学版) JoumalofSouthChina of V01．38 第38卷第3期 UniversityTechnology No．3 Science 2010年3月 (Natural Edition) March20lO 单缸发动机消声器压力损失的CFD研究木 张德满 李舜酩 门秀花 (南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016) 摘要：测量了某单缸发动机消声器的入口气流脉冲压力信号．依据消声器的实际物理 结构，建立了发动机消声器的仿真模型．考虑单缸发动机的排气特性．提出了使用脉冲压 力有效值设置边界条件的方法，运用计算流体动力学(CFD)技术仿真计算了消声器内部 压力损失的分布情况．根据仿真结果，分析得到消声器内部产生较大压力损失的环节，有 针对性地对消声器内部结构进行了改进．在相同工况下，对改进后的消声器入1：2气流压力 信号进行了测量，并再次进行了仿真计算．结果表明，改进后消声器压力损失明显降低，且 在内部分布更加均匀． 关键词：单缸发动机；计算流体动力学；消声器；压力损失 中图分类号：TK413．4 发动机消声器是安装在发动机的排气口处，用 与实际不符． 于降低发动机排气噪声的装置．目前常用的发动机 文中根据实测的脉冲气流信号的特点，选择适 消声器多采用带有膨胀腔、穿孔管、穿孔板和内插管 合的平稳气流代替脉冲气流，采用ANSYS的CFX 的抗性结构，此类消声器具有较好的降噪效果，但因 软件对某单缸汽油机消声器的压力损失问题进行数 其结构较复杂而导致排气阻力较大． 值模拟与分析． 设计及改进消声器时，需要计算消声器各个环 节的压力损失．传统的公式计算因抗性消声器的复 1 消声器模型分析 杂结构而得不到准确的计算结果．目前的研究多运 1．1 物理模型 用计算流体力学(CFD)技术，对消声器内部的气体 图1(a)、(b)分别为消声器的外部和内部结构 流动及压力损失进行计算．IsshikiYoshihiro等¨。2o证 明了模拟计算方法在消声器的声学和速度领域研究 层，每层又被等分成两个空腔．同一层的两个腔之间 的可行性．Shao等1研究了采用计算流体力学方法 计算某管道压力损失的精度问题．Kim【41利用有限用消音管连接．消音管左端端口封闭，每端的壁面上 元软件对某复杂膨胀腔消声器的流场进行了模拟计 穿有36个直径为4lnlll的小孔．下层消音管的进气 算．胡效东等4o利用CFD方法研究了多种消声器口和上层消音管的出气口敞开．消声器上、下层之间 mill 的压力损失特性．方建华等旧。利用CFD计算方法模 由隔板隔开，隔板左半部分穿有72个直径为4 拟了某消声器的流场，分析了压力损失产生的原因． 的4qL以连接左边上、下两腔．发动机尾气经排气管 而在消声器的流场分析中，研究人员多将发动机排 进入消声器的下层、右腔，由消声器上层、右腔外壳 气假设成恒速气流，采用平均流速作为CFD计算方 上的72个直径为4mm的小孔排出．该消声器降噪 法的边界条件．而单缸发动机的排气为纯脉冲气流， 效果良好，但结构复杂造成压力损失过大，发动机效 按照上述仿真分析得到的消声器内部压力损失分布 率偏低