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本書(shū)以降低中小型柴油機(jī)排氣噪聲、環(huán)境污染為目的，結(jié)合理論與實(shí)驗(yàn)，對(duì)柴油機(jī)排氣消聲器的設(shè)計(jì)及其聲學(xué)性能進(jìn)行了深入的研究。前三章闡述了柴油機(jī)消聲器的研究背景、意義及其研究現(xiàn)狀，介紹了性能評(píng)價(jià)指標(biāo)和消聲器的流場(chǎng)及聲學(xué)研究理論基礎(chǔ)，相關(guān)從業(yè)人員在本書(shū)中能獲得噪聲控制的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。第四章闡述了消聲器的設(shè)計(jì)理論及特點(diǎn)，提出了集凈化、消聲于一體的凈化消聲器方案，討論了凈化材料的選取問(wèn)題。第五、六章介紹了消聲器流場(chǎng)及聲場(chǎng)仿真建模、求解及分析等具體步驟，并開(kāi)展了多物理場(chǎng)耦合狀態(tài)下的消聲性能仿真研究，以更真實(shí)地反映消聲器復(fù)雜工況下的工作性能。第七章介紹了消聲器空氣動(dòng)力性能測(cè)試試驗(yàn)和聲學(xué)性能測(cè)試試驗(yàn)方法，采用遺傳算法對(duì)消聲器結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，試驗(yàn)驗(yàn)證了仿真研究的可靠性及其優(yōu)化效果。第八、九章研究了聲學(xué)單元及其參數(shù)變化對(duì)消聲器聲學(xué)性能的影響，相關(guān)規(guī)律和結(jié)論為排氣噪聲控制工作者提供了一定的工程指導(dǎo)。本書(shū)可供從事內(nèi)燃機(jī)工程特別是柴油機(jī)消聲器方面的研發(fā)人員、高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生和環(huán)境保護(hù)技術(shù)研究人員參考。

柴油機(jī)因具有良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和耐久性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用在各種動(dòng)力裝置上。但柴油機(jī)在工作過(guò)程中會(huì)持續(xù)不斷地產(chǎn)生排氣噪聲，從而對(duì)人們的身心健康造成傷害。隨著柴油機(jī)市面保有量的增加，碳煙及噪聲所造成的環(huán)境污染也越發(fā)嚴(yán)重。伴隨著日益嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)的出臺(tái)，噪聲限值和污染物排放限制都提升到更加嚴(yán)格的水平，因此必須對(duì)柴油機(jī)采取切實(shí)可行的凈煙、降噪措施。而柴油機(jī)的尾氣排放問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)未受到足夠重視，甚至一些農(nóng)用柴油機(jī)依舊沒(méi)有采取尾氣凈煙措施，且安裝的消聲器存在消聲效果不佳的問(wèn)題。因此針對(duì)單缸柴油機(jī)設(shè)計(jì)具有微粒凈化和尾氣消聲功能的裝置并對(duì)進(jìn)行聲學(xué)上的研究具有非常重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本書(shū)以國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目柴油機(jī)缸內(nèi)湍流和化學(xué)反應(yīng)共同作用下的混合氣形成機(jī)理（91541121）、湖南省優(yōu)秀青年項(xiàng)目柴油機(jī)微粒捕集器噴油助燃再生旋流穩(wěn)焰特性研究（16B235）、邵陽(yáng)市科技計(jì)劃項(xiàng)目柴油車(chē)微粒排放后處理系統(tǒng)的研發(fā)等為研究依托，以186FA柴油機(jī)所匹配的排氣消聲器為研究對(duì)象，以高性能的排氣噪聲控制和微粒凈化控制為研究目標(biāo)。首先基于柴油機(jī)流場(chǎng)的聲學(xué)理論和性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，提出一種中小型農(nóng)用柴油機(jī)排氣凈化消聲器的設(shè)計(jì)方案。然后通過(guò)搭建新型凈化消聲裝置試驗(yàn)臺(tái)架，重點(diǎn)考察該裝置在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性下的聲壓、耗油率和煙度等數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了仿真模型的正確性以及設(shè)計(jì)方案的可行性；并基于Fluent和LMS軟件聯(lián)合仿真研究消聲器流場(chǎng)和消聲特性，通過(guò)數(shù)值仿真得到其內(nèi)流場(chǎng)的速度云圖、壓力云圖、聲壓級(jí)云圖以及傳遞損失圖，計(jì)算出相應(yīng)的壓力損失和各頻段的傳遞損失值。同時(shí)，在保證凈化消聲器具有凈化功能的前提下，采用遺傳算法與傳遞矩陣方法對(duì)凈化消聲器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以利于排氣凈化消聲器在特定頻段內(nèi)的降噪。*后對(duì)消聲器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，針對(duì)隔板孔密度、長(zhǎng)短軸之比和長(zhǎng)徑比等結(jié)構(gòu)因子對(duì)消聲器的流場(chǎng)及聲學(xué)特性的影響規(guī)律進(jìn)行了探討研究，總結(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響規(guī)律，為后續(xù)進(jìn)一步改進(jìn)提供理論依據(jù)。本書(shū)可為具有微粒凈化和尾氣消聲功能的消聲器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能分析、結(jié)構(gòu)改進(jìn)、結(jié)構(gòu)參數(shù)影響規(guī)律探討等提供理論依據(jù)和技術(shù)參考，其中一些研究方法和成果對(duì)其他類(lèi)型的消聲裝置的研究也具有重要的參考價(jià)值。本書(shū)整合了著者指導(dǎo)的研究生課題組部分研究成果，特別感謝陳偉、康文杰、張?jiān)龇濉⑿烀鬏x、鄭唯、王偉晟、李放、程越、曹玉剛、吳磊、黃雅蘭等人在本書(shū)的撰寫(xiě)過(guò)程中所做的大量工作。由于作者的水平有限，書(shū)中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤和疏漏，懇請(qǐng)讀者批評(píng)和指教。

第1章緒論1

1.1研究背景與意義1

1.1.1柴油機(jī)排放中微粒的影響2

1.1.2柴油機(jī)排放噪聲的影響2

1.2排氣消聲器研究現(xiàn)狀3

1.2.1阻性消聲器4

1.2.2抗性消聲器4

1.2.3阻抗復(fù)合式消聲器5

1.2.4空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究進(jìn)展7

1.2.5聲學(xué)理論方面的研究進(jìn)展8

1.2.6多場(chǎng)性能方面的研究進(jìn)展9

1.2.7傳遞矩陣方法的研究現(xiàn)狀10

1.3排氣凈化消聲器性能研究現(xiàn)狀15

1.3.1微粒凈化方面的研究進(jìn)展15

1.3.2消聲降噪方面的研究進(jìn)展16

1.3.3多場(chǎng)耦合方面的研究進(jìn)展17

1.3.4傳遞損失方面的研究現(xiàn)狀18

1.4項(xiàng)目來(lái)源及主要研究?jī)?nèi)容20

1.4.1項(xiàng)目來(lái)源20

1.4.2本書(shū)主要的研究?jī)?nèi)容20

本章參考文獻(xiàn)24

第2章消聲器的分類(lèi)及性能評(píng)價(jià)指標(biāo)41

2.1消聲器的分類(lèi)41

2.1.1阻性消聲器41

2.1.2抗性消聲器42

2.1.3阻抗復(fù)合式消聲器42

2.1.4擴(kuò)張式消聲器43

2.1.5共振式消聲器44

2.1.6電子消聲器45

2.2消聲器性能評(píng)價(jià)指標(biāo)46

2.2.1聲學(xué)性能46

2.2.2空氣動(dòng)力學(xué)性能48

2.2.3其他性能49

2.3本章小結(jié)50

本章參考文獻(xiàn)52

中小型柴油機(jī)排氣消聲器設(shè)計(jì)及聲學(xué)性能研究第3章消聲器流場(chǎng)及基礎(chǔ)聲學(xué)理論53

3.1流體力學(xué)理論基礎(chǔ)53

3.1.1流體力學(xué)基本概念53

3.1.2一維平面波聲學(xué)概念55

3.1.3基本控制方程65

3.1.4湍流模型67

3.1.5有限體積法68

3.2聲學(xué)特性基本理論69

3.2.1聲學(xué)基本概念69

3.2.2聲學(xué)基本方程70

3.2.3聲波控制方程71

3.3多孔介質(zhì)理論74

3.3.1滲透能力74

3.3.2吸聲屬性74

3.3.3多孔吸聲材料的作用原理75

3.3.4多孔吸聲材料的聲學(xué)理論模型75

3.4本章小結(jié)78

本章參考文獻(xiàn)79

第4章凈化消聲器設(shè)計(jì)理論及特點(diǎn)81

4.1凈化消聲器設(shè)計(jì)理論81

4.2凈化消聲器設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)82

4.2.1消聲器設(shè)計(jì)的特點(diǎn)82

4.2.2柴油機(jī)噪聲頻譜分析83

4.2.3結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)84

4.3凈化吸聲材料的選擇和設(shè)置86

4.3.1吸聲材料分類(lèi)及特征參數(shù)86

4.3.2凈化材料設(shè)置89

4.4凈化消聲器的方案設(shè)計(jì)89

4.4.1圓形消聲器89

4.4.2方形消聲器90

4.5本章小結(jié)93

本章參考文獻(xiàn)93

第5章消聲器流場(chǎng)及聲學(xué)特性仿真分析95

5.1相關(guān)軟件介紹95

5.1.1Fluent簡(jiǎn)介95

5.1.2LMS Virtual. Lab簡(jiǎn)介95

5.1.3CFD精度問(wèn)題討論95

5.2流場(chǎng)仿真試驗(yàn)及其特性分析96

5.2.1模型概述96

5.2.2網(wǎng)格劃分96

5.2.3邊界條件97

5.2.4流場(chǎng)分析98

5.3聲學(xué)特性分析100

5.3.1邊界條件定義100

5.3.2聲壓級(jí)幅值計(jì)算101

5.3.3傳遞損失分析105

5.4本章小結(jié)106

本章參考文獻(xiàn)106

第6章消聲器多物理場(chǎng)耦合仿真分析107

6.1消聲器熱聲耦合影響特性研究107

6.2消聲器流聲耦合影響特性研究109

6.3消聲器熱流聲耦合影響特性研究111

6.4消聲器聲振耦合影響特性研究112

6.5本章小結(jié)115

本章參考文獻(xiàn)116

第7章消聲器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及試驗(yàn)研究117

7.1基于遺傳算法的消聲器結(jié)構(gòu)優(yōu)化117

7.1.1遺傳算法的基本理論117

7.1.2消聲器優(yōu)化目標(biāo)與優(yōu)化條件121

7.1.3排氣消聲器參數(shù)優(yōu)化123

7.2試驗(yàn)?zāi)康募耙饬x125

7.3試驗(yàn)原理125

7.4試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)設(shè)計(jì)125

7.4.1發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)125

7.4.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)127

7.4.3試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)128

7.5試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及結(jié)果分析129

7.5.1頻譜分析132

7.5.2聲壓分析134

7.5.3耗油率分析135

7.6本章小結(jié)135

本章參考文獻(xiàn)136

第8章消聲器聲學(xué)單元影響規(guī)律研究137

8.1消聲器入口端對(duì)聲學(xué)性能的影響137

8.2腔室形狀影響規(guī)律研究145

8.3凈化材料布置影響規(guī)律研究146

8.3.1不同厚度凈化材料的影響規(guī)律146

8.3.2凈化材料布置方式的影響規(guī)律147

8.4穿孔隔板影響規(guī)律研究149

8.4.1有無(wú)穿孔隔板的影響149

8.4.2穿孔隔板穿孔數(shù)的影響150

8.5本章小結(jié)151

第9章消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)影響規(guī)律研究152

9.1孔密度影響規(guī)律研究152

9.1.1不同孔密度方案設(shè)計(jì)152

9.1.2不同孔密度方案下流場(chǎng)特性分析153

9.1.3不同孔密度方案下傳遞損失分析155

9.2長(zhǎng)短軸之比影響規(guī)律研究156

9.2.1不同長(zhǎng)短軸之比方案設(shè)計(jì)156

9.2.2不同長(zhǎng)短軸之比方案下流場(chǎng)特性分析157

9.2.3不同長(zhǎng)短軸之比方案下傳遞損失分析159

9.3長(zhǎng)徑比影響規(guī)律研究160

9.3.1不同長(zhǎng)徑比方案設(shè)計(jì)160

9.3.2不同長(zhǎng)徑比方案下流場(chǎng)特性分析161

9.3.3不同長(zhǎng)徑比方案下傳遞損失分析163

9.4本章小結(jié)163

第10章總結(jié)與展望165

10.1總結(jié)165

10.2有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題167

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