汽车排气系统多场耦合机理及排气噪声预测方法

Because of the depth coupling of multi-physics fields, such as flow field, thermal field and sound field, the complex mechanism of flow noise, and the difficulty of the identification about the acoustic source characteristics of the engine exhaust system, it is difficult to predict the noise of the vehicle's exhaust system, therefore there is a lack of effective method to the matching design of vehicle exhaust system.The are several aspects concern with this research: The first is the study about the mechanism of coupling among multi-physics fields in the exhaust system and the effect of the multi-physics fields on the acoustic performances of the acoustic elements; the second is the research on the mechanism of the flow noise ;and the last is the identification of acoustic source characteristics for the engine exhaust system using experimental and computational method. Three innovations are here: (1) building the acoustic computing model of exhaust system under multi-physics fields; (2) proposing a quick and accurate method to indentify the acoustic characteristics of engine exhaust system under dynamic conditions via a new source charateristics model of dynamic conditions.(3) revealing the relationship among flow noise, flow velocity, and the struction of exhaust system using experimental and computational methods. The project focuses the theory and method to predict the exhaust nosie, and the result will support the match theory and design method of the the exhaust system,and promote the noise control technology for the mechanical industry.

由于汽车排气系统内的流场、温度场、声场深度耦合，流噪声产生机理复杂，且发动机排气噪声源特难以识别，使得解析法或数值仿真方法均不能很好的预测汽车排气噪声,使得排气系统匹配设计缺乏有效方法。本项目拟研究排气系统内多物理场（流场、温度场、声场）耦合机理与多物理场对消声元件声学特性的影响；同时结合试验与仿真，研究排气系统流噪声产生机理以及发动机排气噪声源特性的识别手段。项目的创新主要有：1）建立多物理场耦合下排气系统声学特性计算模型，进行声学预测；2）通过建立动态工况下发动机排气噪声源特性模型，提出准确快速测量动态工况下发动机排气噪声源特性的方法；3）通过试验与仿真方法，揭示流噪声与排气气流、排气系统结构之间的关系。本项目探索准确预测汽车排气噪声的理论与手段，其成果最终会为汽车排气系统的正向匹配提供理论依据与支持，并推动机械工业噪声控制技术的进步。

为了解决在有限空间条件下排气阶次噪声消减的问题，本项目研究了用于汽车排气的锥颈共振器以及带阀消声结构，建立了共振结构的传递矩阵预测模型，以及带阀消声结构的集总阻抗预测模型，能实现两种结构的声学性能的快速计算，从而为此种消声结构的匹配设计提供了快捷方法。.为了解决气流噪声的分析与控制问题，本项目建立了三维时域瞬态流声混合仿真模型，对典型消声结构内部的湍流场进行精确计算，展现流场的发展过程，并在此基础上结合多物理量流场信息计算气流再生噪声的大小。通过分析仿真结果，提出了气流噪声抑制结构，并通过仿真对其抑制效果进行了验算，结果表明新结构可以有效抑制气流噪声的产生。.对以上研究的结构都进行了试验验证，试验结果表明上述结构有效地控制了阶次噪声和气流噪声，充分说明了分析匹配方法的正确性以及结构的实用性。.项目研究为汽车排气系统的正向匹配设计提供了理论方法及技术支撑，同时提供效果显著的阶次噪声及气流噪声控制结构。根据项目组研究成果，发表论文5篇（5篇EI收录），发明专利一项。