54、消声器声学特性研究与改进：考虑废气流动热力学特性及气动声源

消声器声学特性研究与改进：考虑废气流动热力学特性及气动声源

1. 引言

当前，车辆排气系统是一个复杂的系统，需要完成一系列任务，且涉及众多变量。这些变量需通过优化程序来确定，因为每个变量对各个输出参数的影响是多向的。例如，减小消声器内的气体流动面积可提高声学效率，但会增加排气系统的背压；降低催化剂的孔密度能降低背压，却会降低其在毒性处理方面的效率。因此，本文致力于改进排气系统传输损失的计算方法，以主消声器为例，明确废气流动对系统声学特性的影响。

传输损失（TL）参数常被用于评估排气系统整体及其各个部件的性能，其定义明确，且不依赖于排气系统进出口的声学条件，计算公式为：
[TL = 10 \lg(\frac{W_{in}}{W_{out}})]
其中，(W_{in}) 和 (W_{out}) 分别是消声器进出口在负载匹配时的声波功率值。

为了考虑带有气动声源的流动热力学特性，我们采用混合方法进行气动声学计算。混合方法在计算资源消耗上比其他方法更少，且更为精确。由于内燃机曲轴最大转速下的气流速度超过 0.6 马赫，我们将使用莫林类比法。

2. 物理数学基础

任何振动体都会引起相应的压力变化或空气粒子的位移，这些以波前形式传播并能到达听众。纳维 - 斯托克斯方程不仅描述流体流动，还能在一定程度上描述声压波的运动。声波是可压缩流体中存在的压力振荡，流体收缩或膨胀时产生的压力变化会形成恢复力，推动声波传播，这些恢复力类似于弹簧的恢复力。

我们使用流体的状态方程来分析声波在流体中的传播。流体的状态方程将内部恢复力与相应的变形联系起来，同时连接描述流体热力学行为的物理量。气体状态方程为：
[p_i =