汽车阻抗复合型消声器的设计及性能分析

王 铁，高金瑞，卜玉帅

（沈阳理工大学汽车与交通学院，辽宁沈阳110159）

汽车阻抗复合型消声器的设计及性能分析

王 铁，高金瑞，卜玉帅

（沈阳理工大学汽车与交通学院，辽宁沈阳110159）

汽车消声器结构具有多种，针对其消声特点，改变结构设计了一款阻抗复合型消声器，并基于GT-POWER软件进行分析，该消声器在高、低频处的消声效果明显提高。

阻抗复合式消声器；设计；GT-POWER；性能分析

随着经济的发展，噪声成为人们生活中一大污染源，而排气噪声占据主要部分[1]。消声器的发展是在国外开始，2014年，Min-Chie CHIU[2]等人对简单扩张式消声器进行三维波传播理论研究，使用高阶模式分析和评估了抗性消声器的性能。在国内，2011年，位佳[3]等人将有限元和四端子网络结合法计算了抗性消声器的传递损失，指出了一维波理论缺陷，并建立了试验模型来求出插入损失。2014年，左曙光、龙国以及吴旭东[4]等人通过理论模型研究了微穿孔管消声器声学性能主要是传递损失和隔板之间的关系。

1 阻抗复合型消声器结构特点及其评价指标

抗性消声器是一种共振吸声结构的消声器，主要是在管道上旁通共振腔或者是使管道的面积发生突变，对于不同频率的声波具有选择性，使得声波在管道内发生共振，使得大部分能量消耗；阻性消声器利用阻性材料吸收中高频处噪声能量。阻抗复合式消声器能够有效降低不同频率处噪声。

声学性能评价指标主要包括传递损失（TL）和插入损失（IL），它是降噪能力强弱的有力依据，本文利用GT-POWER软件进行模拟计算，用传递损失来衡量消声器的消声效果。

2 基于GT-POWER的建模

GT-POWER是基于计算机技术和数值计算方法所开发的模拟仿真软件，该软件功能强大并且含有GEM3D模块，该模块能够很方便地进行消声器三维模型建立[5]。

2.1 消声器模型的建立

抗性消声器中通过相互组合不同的消声单元可以降低管道内中、低频处的噪声。本文设计的消声器保留了抗性消声器的优点，通过改变进口管的穿孔率以及改变进出口管在腔室内的长度，对不同频率声波进行选择。该消声器主轴截面是直径大小为200 mm的圆形，其中进、排气管及内插管直径是50 mm；它总共分为三个腔室，一至三腔的长度为155 mm，130 mm，135 mm，总长为470 mm.第一腔室通过挡板分为上下两个部分，上部分填满阻性消声材料超细玻璃棉，下部分为扩张室；第二腔为共振腔，处于第二腔内的管道上分布有均匀的小孔；第三腔室为扩张腔，该进口管上开有小孔并罩有套筒，里面添加了阻性消声材料。在第一腔上部的阻性消声单元中，阻性吸声材料可以将大部分的高频声波进入材料，从而使声波逐渐消耗殆尽；第一腔下部的扩张室以及第三腔主要是气流流通的管道截面积突变从而引起扩张比的改变，利用声波的反射作用，使得声波相互抵消来降低噪声量；第三腔中的阻性消声结构还能够对管道中的高频噪声进一步消除。在GEM3D中完成三维模型的建立，设计出的模型如图1所示。

图1 消声器三维模型图

2.2 消声器消声性能模型的搭建

消声效果主要通过传递损失或插入损失来衡量，本文是基于GT-POWER软件建立传递损失模型来模拟计算该消声器的消声性能。传递损失模型的搭建主要包括白噪声发生器、声压传感器、计算模块等，建立完成后如图2所示。

图2 传递损失仿真模型图

2.3 模型传递损失计算结果

建立完模型后，要将其三维模型进行离散得到一维模型图，然后把离散之后的一维模型导入到传递损失模型中进行分析。离散长度越小，计算结果越精确，但是相应计算时间也就会更长。离散长度一般是入口端管道直径的0.6倍，所以长度选择应合理。在本文中消声器离散长度选为35 mm，将离散后的模型导入到传递损失仿真模型中，通过后处理模拟计算得到的结果如图3所示。

图3 传递损失模拟计算值

由传递损失仿真结果可知，该消声器对于低频300~1 000 Hz处消声效果很好，最高达到了79 dB；在高频2 000~3 000 Hz处传递损失超过了40 dB，最高达到了78 dB，整体消声效果较优。

3 结束语

本文设计并仿真分析了一款阻抗复合型消声器，该消声器能够很好的兼具了抗性及阻性消声器的消声特点，对不同频率处的消声效果较好。该消声器整体传递损失较高，尤其在1 800 Hz~3 000 Hz的消声效果很好，这也弥补了抗性消声器的短处，提升了消声器的整体消声效果，适应了当前社会的需要。

[1]侯献军，王天田，田翠翠，等.基于GT-POWER的乘用车消声器设计[J].北京理工大学学报，2010，30（2）：161-165.

[2]Min-Chie CHIU，Ying-Chun CHANG.An Assessment of High-Order-Mode Analysis and Shape Optimization of Expansion Chamber Mufflers[J].ARCHIVES OF ACOUSTICS，2014，39（4）：489-499.

[3]位佳，陆森林，王彬，等.抗性消声器插入损失的有限元法的探讨[J].机械设计与制造，2011（9）：35-37.

[4]左曙光，龙国，吴旭东，等.隔板对汽车微穿孔管消声器声学特性的影响[J].农业工程学报，2014，30（11）：53-59.

[5]白云，陈永光，李宁，等.基于GT-POWER软件的抗性消声器性能分析[J].小型内燃机与摩托车，2009，38（5）：72-75.

Car Impedance Compound Muffler Design and Performance Analysis

WANG Tie，GAO Jin-rui，BU Yu-shuai
（School of Automobile and Transportation，Shenyang Ligong University，Shenyang Liaoning 110159，China）

There are many kinds of car muffler structure.According to the characteristics of its noise elimination，in this paper，changing an impedance compound muffler structure design，and then based on GT-POWER software performance analysis，the muffler in the high and low frequency noise elimination effect has dramatically improved.

impedance compound muffler；design；GT-POWER；performance analysis

TB535

A

1672-545X（2016）11-0032-02

2016-08-25

王铁（1969-），男，辽宁沈阳人，博士后，研究生导师，研究方向：车辆现代设计与制造技术。