汽车消声器的流场和压力损失分析

第３４卷第１期２０１１年２月

Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ

武汉科技大学学报

ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｖ０１．３４．Ｎｏ．１

Ｆｅｂ．２０ｌｌ

汽车消声器的流场和压力损失分析

许建民

（厦门理工学院机械工程系，福建厦ｆ１，３６１０２４）

摘要：采用ＣＦＤ软件Ｆｌｕｅｎｔ对两种不同结构形式的双扩张腔消声器的速度场、压力场进行三维稳态流动数值模拟．研究相应的压力损失随入口流速的变化趋势。结果表明，双扩张腔消声器内部流场非常复杂，中间连通管的位置和敷量对消声器内气体的压力损失有很大的影响，双连通管消声器内的压力损失比单连通管的要大。

关键词：ＣＦＤ；消声器；速度场；压力场中图分类号：ＴＨ３１ｌ

文献标志码：Ａ

文章编号：１６７４—３６４４（２０１１）０１—００６９—０４

消声器在降低噪声的同时。会带来排气阻力增加，导致发动机动力性能和经济性下降。因此，研究消声器内气体的流动特性非常重要ｕ屯］。对于结构复杂的消声器，其内部气体流动是三维、非定常的。对汽车消声器进行流动特性分析，能迅速发现消声器设计不合理的局部结构，并为消声器的优化设计提供必要的理论支持Ｄ］。但目前关于消声器内流场变化和气体流速、压力、分布的报

道很少¨Ｊ。

连通管和出口管的长度分别为４０、３０、４０ｍｍ；入口管和出口管的直径均为２０ｍｍ。消声器Ａ和Ｂ之间的区别在于消声器Ａ的中间连通管的直

径为２０ｍｍ，而消声器Ｂ两中间连通管的直径均为１０ｍｍ。

三维ＣＦＤ模拟技术在汽车消声器优化设计中的成功应用，为现代汽车零配件的优化设计开辟新的思路和方向［５］。本文采用ＣＦＤ软件Ｆｌｕ—ｅｎｔ对两种典型结构的消声器内部流场分布进行研究，并就消声器内部的气流速度变化对其压力损失的影响进行分析。

１数学模型及其数值求解

１．Ｉ数学模型

对消声器内部流场进行数学建模，其控制方程和湍流模型参见文献［６］。１ ２数值求解

１ ２ １

Ｆｉ昏１

图ｌ消声器的三维模型图

Ｔｈｒ睁ｄｉｍｅ璐ｉ。舱Ｉ

ｍｏｄｅＩ。ｆｍｕｆｆｌｅｒ

网格划分

以Ｐａｒａｓｏｌｉｄ格式将消声器的三维模型导入ＦＩｕｅｎｔ的前处理软件Ｇａｍｂｉｔ中，对计算区域进行网格划分，共划分为４８００００个网格。

１．２．２

利用三维软件ＵＧ对两种不同结构形式的双腔扩张式消声器内部的流场进行三维建模 结果如图１所示。图１中，消声器Ａ为单连通管消声器，消声器Ｂ为双连通管消声器。这两种消声器的基本尺寸均为：第一扩张腔与第二扩张腔长度

边界条件

计算采用ＳＩＭＰＩ。ＥＣ算法求解控制方程，采用标准ｋ—ｅ湍流模型进行数值模拟。人口边界条

收稿日期：２０ｌＯ一０６—１５

基金项目：厦门市科技计划指导性项目（３５０２２２００９９００ｉ）．

作者简介：许建民（１９８１一）．男，厦门理工学院讲师，硕士．Ｅ—ｍａｉｌ：ｘｕｊｉａｎｍｉｎｌ０２０＠１６３．ｅｏｍ

万方数据

武汉科技大学学报２０１１年第１期

件设为速度入口。出口边界条件设置为压力出口，出口压力为０．１ＭＰａ。其他边界设置为绝热且无摩擦的无滑移壁面边界条件。

２计算结果与分析

２．１

消声器内气体的压力损失

压力损失是指消声器入口与出口之间的气体

压力之差。消声器在具有良好的降噪功能的同’

时，必须具有较小的压力损失。压力损失太大会

严重影响发动机的动力性能。

图２为气体人口流体速度（简称入口流速）为

５０

ｍ／ｓ时消声器中心平面的压力分布云图。从

图２中可以看出，两个消声器的气体入口管、第一扩张腔、中间连通管、第二扩张腔到出口管的气体压力均依次降低。第一扩张腔与第二扩张腔之间压力下降非常明显，但是扩张腔内部压力分布相对比较均匀。由此可知，压降的产生主要是因为气流通过中间连通管时压力的突变损失。当气体从入口管流入第一扩张腔，再从第一扩张腔经过连通管流入第二扩张腔最后经出口管流出，期间气体流通截面发生急剧变化，原气体流动状态突变，产生涡流现象，从而消耗能量，产生压力损失。消声器Ｂ第一腔的压力比消声器Ａ第一腔的要大一些，这是因为其中间连通管与气体入口管的相对位置改变了。

图２消声器中心平面的压力分布云图Ｆｉ譬２Ｐｒｅｓｓｕｒｅ

ｃｏｎｔｏｕｒｓ

ｏｆｍｕｆｆｌｅｒｃｅｎｔｅｒ

ｐｌａｎｅ

万方数据

图３为入口流速为５０ｍ／ｓ时消声器中心平面的湍流强度分布云图。由图３中可以看出，对于消声器Ａ，在进口内插管的右端周围区域、中间连通管的两端周围区域以及出口内插管的左端周围区域，气流截面突变，气流的湍流强度较大，是能量的主要耗散区；对于消声器Ｂ，湍流强度较大的区域在两中间连通管的左端，且湍流强度最大

值远比消声器Ａ的大，这是由于消声器Ｂ的中间连通管与入口管和出口管不同轴，气流遇阻形成很大的涡流，气流需要经过多次回旋才能从出口管排出。

图３消声器中心平面的湍流强度分布云图

Ｆ喀３Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｃｏｎｔｏｕｒｓｏｆｍｕｆｆｌｅｒ

ｃｅｎｔｅｒ

ｐｌａｎｅ

２．２消声器内部气体流动特性

气流速度是评价消声器内部气体再生噪声的主要依据口］，气流速度过高会降低消声器的消声性能，所以有必要对消声器内部的速度场进行分析。图４为入口流速为５０ｍ／ｓ时消声器中心平面的速度分布云图。由图４中可以看出，消声器Ａ的气流高速区主要在入口管、中间连通管和出口管处，且出口管的流速比入口管的要大，周围区域的流速相对较低；消声器Ｂ的气流高速区主要在中间连通管，气流速度最高值达１３６ｍ／ｓ，其明

显高于周围区域气流速度。

图５为人口流速为５０ｍ／ｓ时消声器中心平

面的速度矢量图。由图５中可以看出，两种消声

２０１１年第１期许建民：汽车消声器的流场和压力损失分析

７１

（ｂ）消声器Ｂ

圈５消声器中心平面的速度矢量图

冀望髦！登凳妻篓兰懋篓Ｉ答竺兰卧３麦兰茎嚣蓉霁磊．Ｊ｝主羹萎摹喜曩殳要耋篓旋涡，这是高速气流与壁面碰撞产生的结果，而涡

万方数据

流是造成气流压力损失的一个重要原因。２．３入口流速对消声器压力损失的影响

入口流速为０、１０、３０、５０、７０、９０ｍ／ｓ时两种不同结构消声器的压力损失随入口流速的变化规律如图６所示。由图６中可以看出，入口流速相

同时，消声器Ｂ比消声器Ａ的压力损失大很多。

其中入口流速为９０ｍ／ｓ时，消声器Ｂ的压力损失为２４ｋＰａ，消声器Ａ的压力损失为２。４ｋＰａ，

可见中间连通管的位置和数量对消声器件的压力损失有非常大的影响。随着人口流速的增大，两种消声器的压力损失都增加，但是消声器Ｂ的压力损失随入口流速增加的幅度更大。

图６不同入口流速时消声器的压力损失

Ｆｉｇ．６Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆ

ｍｕｆｆｌｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅｌｏｓｓｗｉｔｈ

ｔｈｅｉｎｌｅｔ

Ｙｅ－

Ｉｏｃｉｔｙ

３结论

（１）双扩张腔消声器的中间连通管两端区域是整个消声器中涡流最为严重的部位，也是能量耗散最为集中的部位。

（２）双扩张腔消声器内部流场非常复杂，中间连通管的位置和数量对消声器的压力损失有很大的影响。双连通管消声器和单连通管消声器的压力损失都随着入口流速的增加而增大。双连通管消声器内的压力损失比单连通管消声器的要大很

多。

参考文献

１１１—１１４．

ｒ３］谷芳，刘伯潭，潘书杰．排气系统的数值模拟及优化

二若ｉ”０９…４－又荔：””“‘５“Ｉ；；；８０妥）

８０

一一———————————————————————————————————————一

Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅｂｙｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｗａｔｅｒｏｘｉｄａｔｉｏｎ

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武汉科技大学学报

２０１１年第１期

Ｇｕｉｘｉａｎ，ＷａｎｇＴｉａｎｆｅｎｇ，ＺｈａｎｇＣａｉｘｉａ

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ｔｌｍｅａｎｄ

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［责任编辑

尚晶］

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ｌｏｓｓｏｆａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｍｕｆｆｌｅｒｓ

Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅ

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（ＤｅＤａｒｔｍｅｎｔｏｆ

ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｍｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｍｅｎ３６１０２４’Ｃｈｉｎａ）

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｔｓｔｅａｄｙｆｌｏｗｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

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ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆ

ｗｉｔｈｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｅｎｔｒｙｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ

ｏｆｃｏｎｎｅｅｔｍｇＰＩＰｅｈａｓｇｒｅａｔ

ｄｏｕｂｌｅｃａｖｉｔｙｅｘｐａｎｓｉｏｎｍｕｆｆｌｅｒｉｓｖｅｒｙｃｏｍｐｌｅｘ；ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｎｕｍｂｅｒｅｆｆｅｃｔ

ｏｎ

ｏｆｔｈｅｄｕａｌｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ

ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅ１０ｓｓｏｆｔｈｅｍｕｆｆｌｅｒ；ｔｈｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｌｏｓｓ

ｐｉｐｅ

１ｓ

ｇｒｅａｔｅｒ

ｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｓｉｎｇｌｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｐｉｐｅ．

ｆｉｅｌｄ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＦＤ；ｍｕｆｌｉｅｒｓ；ｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ

［责任编辑郑淑芳］

万方数据

汽车消声器的流场和压力损失分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

许建民， Xu Jianmin

厦门理工学院机械工程系,福建厦门,361024

武汉科技大学学报（自然科学版）

JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE EDITION)2011,34(1)

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本文链接：/Periodical_whkjdxxb201101015.aspx

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xmym.html