中小型柴油机排气消声器设计及声学性能研究

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作者：伏军,袁文华

出版社：华中科技大学出版社

本类榜单：工业技术

分类：工业技术 > 能源与动力工程

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ISBN：9787568086721
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
开本：16开
页数：178
出版时间：2022-12-01
条形码：9787568086721 ; 978-7-5680-8672-1

本书特色

本书以降低中小型柴油机排气噪声、环境污染为目的，结合理论与实验，对柴油机排气消声器的设计及其声学性能进行了深入的研究，可供从事内燃机工程特别是柴油机消声器方面的研发人员、高等院校相关专业师生和环境保护技术研究人员参考。

内容简介

本书以降低中小型柴油机排气噪声、环境污染为目的，结合理论与实验，对柴油机排气消声器的设计及其声学性能进行了深入的研究。前三章阐述了柴油机消声器的研究背景、意义及其研究现状，介绍了性能评价指标和消声器的流场及声学研究理论基础，相关从业人员在本书中能获得噪声控制的相关基础知识。第四章阐述了消声器的设计理论及特点，提出了集净化、消声于一体的净化消声器方案，讨论了净化材料的选取问题。第五、六章介绍了消声器流场及声场仿真建模、求解及分析等具体步骤，并开展了多物理场耦合状态下的消声性能仿真研究，以更真实地反映消声器复杂工况下的工作性能。第七章介绍了消声器空气动力性能测试试验和声学性能测试试验方法，采用遗传算法对消声器结构尺寸进行了优化调整，试验验证了仿真研究的可靠性及其优化效果。第八、九章研究了声学单元及其参数变化对消声器声学性能的影响，相关规律和结论为排气噪声控制工作者提供了一定的工程指导。本书可供从事内燃机工程特别是柴油机消声器方面的研发人员、高等院校相关专业师生和环境保护技术研究人员参考。

第1章绪论1
1.1研究背景与意义1
1.1.1柴油机排放中微粒的影响2
1.1.2柴油机排放噪声的影响2
1.2排气消声器研究现状3
1.2.1阻性消声器4
1.2.2抗性消声器4
1.2.3阻抗复合式消声器5
1.2.4空气动力学方面的研究进展7
1.2.5声学理论方面的研究进展8
1.2.6多场性能方面的研究进展9
1.2.7传递矩阵方法的研究现状10
1.3排气净化消声器性能研究现状15
1.3.1微粒净化方面的研究进展15
1.3.2消声降噪方面的研究进展16
1.3.3多场耦合方面的研究进展17
1.3.4传递损失方面的研究现状18
1.4项目来源及主要研究内容20
1.4.1项目来源20
1.4.2本书主要的研究内容20
本章参考文献24
第2章消声器的分类及性能评价指标41
2.1消声器的分类41
2.1.1阻性消声器41
2.1.2抗性消声器42
2.1.3阻抗复合式消声器42
2.1.4扩张式消声器43
2.1.5共振式消声器44
2.1.6电子消声器45
2.2消声器性能评价指标46
2.2.1声学性能46
2.2.2空气动力学性能48
2.2.3其他性能49
2.3本章小结50
本章参考文献52
中小型柴油机排气消声器设计及声学性能研究第3章消声器流场及基础声学理论53
3.1流体力学理论基础53
3.1.1流体力学基本概念53
3.1.2一维平面波声学概念55
3.1.3基本控制方程65
3.1.4湍流模型67
3.1.5有限体积法68
3.2声学特性基本理论69
3.2.1声学基本概念69
3.2.2声学基本方程70
3.2.3声波控制方程71
3.3多孔介质理论74
3.3.1渗透能力74
3.3.2吸声属性74
3.3.3多孔吸声材料的作用原理75
3.3.4多孔吸声材料的声学理论模型75
3.4本章小结78
本章参考文献79
第4章净化消声器设计理论及特点81
4.1净化消声器设计理论81
4.2净化消声器设计的特点及结构参数设计82
4.2.1消声器设计的特点82
4.2.2柴油机噪声频谱分析83
4.2.3结构参数设计84
4.3净化吸声材料的选择和设置86
4.3.1吸声材料分类及特征参数86
4.3.2净化材料设置89
4.4净化消声器的方案设计89
4.4.1圆形消声器89
4.4.2方形消声器90
4.5本章小结93
本章参考文献93
第5章消声器流场及声学特性仿真分析95
5.1相关软件介绍95
5.1.1Fluent简介95
5.1.2LMS Virtual. Lab简介95
5.1.3CFD精度问题讨论95
5.2流场仿真试验及其特性分析96
5.2.1模型概述96
5.2.2网格划分96
5.2.3边界条件97
5.2.4流场分析98
5.3声学特性分析100
5.3.1边界条件定义100
5.3.2声压级幅值计算101
5.3.3传递损失分析105
5.4本章小结106
本章参考文献106
第6章消声器多物理场耦合仿真分析107
6.1消声器热声耦合影响特性研究107
6.2消声器流声耦合影响特性研究109
6.3消声器热流声耦合影响特性研究111
6.4消声器声振耦合影响特性研究112
6.5本章小结115
本章参考文献116
第7章消声器结构优化及试验研究117
7.1基于遗传算法的消声器结构优化117
7.1.1遗传算法的基本理论117
7.1.2消声器优化目标与优化条件121
7.1.3排气消声器参数优化123
7.2试验目的及意义125
7.3试验原理125
7.4试验台架系统设计125
7.4.1发动机测控系统125
7.4.2数据采集系统127
7.4.3试验台架系统128
7.5试验数据采集及结果分析129
7.5.1频谱分析132
7.5.2声压分析134
7.5.3耗油率分析135
7.6本章小结135
本章参考文献136
第8章消声器声学单元影响规律研究137
8.1消声器入口端对声学性能的影响137
8.2腔室形状影响规律研究145
8.3净化材料布置影响规律研究146
8.3.1不同厚度净化材料的影响规律146
8.3.2净化材料布置方式的影响规律147
8.4穿孔隔板影响规律研究149
8.4.1有无穿孔隔板的影响149
8.4.2穿孔隔板穿孔数的影响150
8.5本章小结151
第9章消声器结构参数影响规律研究152
9.1孔密度影响规律研究152
9.1.1不同孔密度方案设计152
9.1.2不同孔密度方案下流场特性分析153
9.1.3不同孔密度方案下传递损失分析155
9.2长短轴之比影响规律研究156
9.2.1不同长短轴之比方案设计156
9.2.2不同长短轴之比方案下流场特性分析157
9.2.3不同长短轴之比方案下传递损失分析159
9.3长径比影响规律研究160
9.3.1不同长径比方案设计160
9.3.2不同长径比方案下流场特性分析161
9.3.3不同长径比方案下传递损失分析163
9.4本章小结163
第10章总结与展望165
10.1总结165
10.2有待进一步研究的问题167

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节选

随着2021年2月25日全国脱贫攻坚总结表彰大会在京隆重举行，标志着我国脱贫攻坚战的伟大胜利，习近平总书记指出：脱贫攻坚取得胜利后，要全面推进乡村振兴，这是“三农”工作重心的历史性转移。要坚决守住脱贫攻坚成果，做到脱贫不反贫，做好巩固拓展脱贫攻坚成果同乡村振兴有效衔接。与此同时，以“全面推进乡村振兴加快农业农村现代化”为主题的中央一号文件正式出炉，文件中强调：围绕推动农业农村现代化开好局、起好步，强化现代农业科技和物质装备支撑、构建现代乡村产业体系、推进农业绿色发展[1]。湖南省积极响应国家号召，坚定农村农业“现代化”发展思路，大力推动农业机械化发展[2-5]。柴油机作为农业机械动力中的中流砥柱，其重要性不言而喻，为实现农业现代化的总目标，农机产品的需求量大大增加。柴油机动力的使用一方面极大的提高了生产效率、为农业生产提供了便利，但同时也带来了诸多负面影响，噪声作为柴油机主要污染之一，违背了“绿色”发展理念[6]。在噪声污染中，高频噪声会随着传播距离越远或障碍物的阻挡反射迅速衰减，但中低频噪声具有传递衰减缓慢、穿透力强等特点，相比高频噪声不易在传播过程中发生耗散；除此以外，由于农业机械操作位置距离噪声源较近，也会对人体健康造成巨大危害，严重时会导致睡眠质量、记忆力、专注力的下降。为此，对以柴油机为动力的农业机械的噪声控制变的尤为重要。目前，对于噪声的控制主要有三个措施：（1）防止噪声的产生，即通过减弱噪声声源实现噪声控制。（2）阻断、干涉噪声传播，即在噪声传播路径上通过对声波的干涉、吸收等方式实现噪声控制。（3）防止噪声进入人耳。对于以上三种措施，由于排气噪声是由于发动机排出废气时，排气门处的涡流声、喷流声以及在排气门、排气歧管及排气管口处出现高温、高压气体之间的剧烈碰撞及而产生，对于这一问题的解决通常需要在发动机产品设计阶段针对噪声问题对其结构和工作方式等进行创新型设计，需要耗费巨大的人力和物力，成本较高。防止噪声进入人耳需要操作者佩戴专业降噪设备，会大大增加农民从事农业生产时的成本，因此主要考虑在传播路径及传播过程中对声波进行干涉和吸收的方法来控制排气噪声。所以在对排气噪声进行控制时安装排气消声器成为一种直接且有效的方式。

作者简介

教授，博士，研究生导师，中国内燃机学会第八届理事会内燃动力智能技术分会会员，湖南省工程热物理学会理事。主持湖南省自然科学基金项目1项、省科技厅科技计划项目1项、省教育厅科研项目6项、省经信委百项重点专利转化项目1项及企业委托项目5项，参与*、省部级及市厅级项目等7项，出版专著1部，发表高水平学术论文近30篇，其中，以**作者发表SCI、EI论文16篇，获授权专利36项，其中，以**发明人获发明专利11项，获得2018年度湖南省科学技术进步奖三等奖（第1完成人）、第二届邵阳市青年科技奖等各1项。

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