基于GT-Power的汽车排气消声器研究

    引言

    汽车发动机排气噪声是汽车噪声的主要噪声源之一，设计高消声性能、低压力损失的消声器成为目前排气噪声控制的重要课题。传统的消声器设计方法主要依靠经验，一方面试验周期长，浪费大量的人力、物力;另一方面不能很好的将消声器性能与发动机性能结合起来。随着数值分析法的发展，各种计算机软件的应用为消声器又提供了新的研究方法。别小静［1］等人利用 ANSYS 软件对内插管抗性消声器的内部声场进行了有限元分析，验证了 ANSYS 软件分析消声器的可行性。单长吉［2］等人利用 MATLAB 软件对液压力消声器进行了数学建模，有效地实现了 MATLAB 数学建模的连续性和仿真性。本文利用 GT － Power 软件对与某款汽车发动机相匹配的排气消声器进行了性能分析及改进。

    通常，我们把消声器的声学性能、空气动力性能和机械性能三个性能指标进行数值分析。声学性能评价指标包括传递损失、插入损失、声压级差等; 消声器的空气动力性能评价指标包括压力损失、功率损失、阻力系数等，利用有限体积法，通过属性赋值，进行空气动力性能计算; 消声器的机械性能主要指消声器的几何尺寸是否符合实际安装空间、消声器材料是否坚固耐用等指标，应用有限元模态分析法对有限元模型进行模态分析。

    本文利用 GT － Power 软件对消声器的传递损失TL( transmission loss) 、插入损失 IL( insertion loss) 和压力损失( pressure loss) 三个主要消声衡量指标进行分析。

    1 消声器仿真计算分析

    1． 1 发动机分析模型的建立及验证

    GT － Power 软件把发动机的各系统分解为分析模块 Analysis、控制模块 Control、流动模块 Flow 等不同的功能模块。这样，我们在建立发动机模型时，将相应的模块拷贝到建模区域中形成对象，通过设定相应的工况和技术参数，将这些对象连接起来，形成一个模拟实际发动机工作状态的计算模型［3］。

    根据表 1 提供的某汽车发动机参数，利用 GT －Power 建立了如图 1 所示的该发动机工作过程的仿真模型。

    发动机全负荷工作状态下，模拟计算时得到的发动机速度特性曲线与试验获得的发动机外特性曲线进行比较，对比结果如图 2 所示。可以看出: 功率和扭矩在转速范围内变化趋势几乎吻合，最大误差出现在2000r / min 时，误差为 4． 6% ; 扭矩最大误差出现在3500r / min 时，误差为 2． 3% ，最大误差均小于 5% 。因此该模型可较为精确地模拟发动机的工作状况，可以用于消声器设计的模拟分析。