畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯格式實(shí)例

1、範(fàn)睜曲學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯業(yè):熱能與動(dòng)力工程名:趙海潮號(hào):09L0504133外文出處:App lied Acoustics, 2010(71):701707附 件:1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。指導(dǎo)教師評(píng)語:簽名:附件 1：外文資料翻譯譯文基于一維 CFD 模型下汽車排氣消聲器的實(shí)驗(yàn)研究與預(yù)測(cè)Takeshi Yasuda, Chaoqun Wua, Noritoshi Nakagawa, Kazuteru Nagamura摘要 目前，利用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析法對(duì)商用汽車消聲器在寬開口喉部加速狀態(tài)下的排氣噪聲進(jìn)行了研究。在加熱工況下發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從1000轉(zhuǎn)/分鐘加速到 6000

2、轉(zhuǎn)/分鐘需要 30 秒。假定其排氣消聲器 的瞬時(shí)聲學(xué)特性符合一維計(jì)算流體力學(xué)模型。為了驗(yàn)證模擬仿真的結(jié)果，我們?cè)诜先毡竟I(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS D 1616）的消聲室內(nèi)測(cè)量了排氣消聲器的瞬態(tài)聲學(xué)特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在二階發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率下仿 真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常吻合。 但在發(fā)動(dòng)機(jī)高階轉(zhuǎn)速下 （從 5000 到 6000 轉(zhuǎn)每分鐘的四階轉(zhuǎn)速， 從 4200到 6000 轉(zhuǎn)每分鐘的六階轉(zhuǎn)速這樣的高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)） ，計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)了較大差異。根據(jù)結(jié) 果分析，差異的產(chǎn)生是由于在模擬仿真中忽略了流動(dòng)噪聲的影響。為了滿足市場(chǎng)需求，研究者在一 維計(jì)算流體力學(xué)模型的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)具有可靠準(zhǔn)確度的簡化模型，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化模

3、型而言該模型 能節(jié)省超過 90的執(zhí)行時(shí)間。關(guān)鍵字 消聲器 排氣噪聲 優(yōu)化設(shè)計(jì) 瞬態(tài)聲學(xué)性能1 引言一般而汽車排氣消聲器廣泛用于減小汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及汽車其他主要部位產(chǎn)生的噪聲。言，消聲器的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足以下兩個(gè)條件： （ 1）能夠衰減高頻噪聲，這是消聲器的最基 本要求。排氣消聲器應(yīng)該有特定的消聲頻率范圍，尤其是低頻率范圍，因?yàn)槲覀兌贾?大部分的噪聲被限制在發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和它的前幾階范圍內(nèi)。 （2）最小背壓，背壓代 表施加在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣消聲器上額外的靜壓力。最小背壓應(yīng)該保持在最低限度內(nèi)，因?yàn)榇?的背壓會(huì)降低容積效率和提高耗油量。對(duì)消聲器而言，這兩個(gè)重要的設(shè)計(jì)要求往往是互 相沖突的。對(duì)于給定的消聲器，利

4、用實(shí)驗(yàn)的方法，根據(jù)距離尾管 500 毫米且與尾管軸向 成 45處聲壓等級(jí)相近的排氣噪聲來評(píng)估其噪聲衰減性能，利用壓力傳感器可以很容易 地檢測(cè)背壓。近幾十年來，在預(yù)測(cè)排氣噪聲方面廣泛應(yīng)用的方法有：傳遞矩陣法、有限元法、邊。該方界元法和計(jì)算流體力學(xué)法。其中最常用的方法是傳遞矩陣法（也叫四端網(wǎng)絡(luò)法）法基于聲波在管道中的一維線性傳播，其中的單個(gè)元素（如：管道、間斷點(diǎn)、分支）與 電子濾波器理論中的相似。 在頻域范圍內(nèi)通過這種方法可以計(jì)算出簡單消聲器的噪聲衰 減。但是這種方法有以下幾點(diǎn)不足： （ 1）它僅能用于假想的線性波傳播模型下； （2）用 這種方法不能計(jì)算背壓； （3）它不能預(yù)測(cè)消聲器的瞬態(tài)聲學(xué)性能

5、。用邊界元法可以預(yù)測(cè) 任何給定幾何性質(zhì)的抗性消聲器的噪聲衰減性能， 這種方法顯然不再局限于一維平面波 理論。Ji等人通過研究發(fā)現(xiàn)：利用邊界元法預(yù)測(cè)得到的結(jié)果與利用三維模型對(duì)一些消聲 器的實(shí)驗(yàn)分析得到的結(jié)果非常相近。 Middelberg 等人成功地利用三維 CFD 模型估算出了那種膨脹室有一系列進(jìn)出口收縮擴(kuò)張變化的消聲器的聲學(xué)性能和平均流量。Yumex公 司利用三維 CFD 和三維邊界元法相結(jié)合的方法來預(yù)測(cè)商用汽車消聲器的噪聲。 Barbieri 和 Barbieri 采用有限元法預(yù)測(cè)消聲器的消聲性能。雖然有限元法、邊界元法和計(jì)算流體 力學(xué)法可以獲得比較精確的結(jié)果，但是這些方法執(zhí)行起來耗時(shí)太長

6、，因此我們只能尋求 其他可行的替代方法。在聲學(xué)領(lǐng)域里，尖銳度、響度、粗糙度和波動(dòng)強(qiáng)度是評(píng)價(jià)聲音質(zhì)量的常用指標(biāo)。在 汽車行業(yè)中不僅要考慮以上參數(shù)，還應(yīng)該考慮在汽車加速狀態(tài)下的性能表現(xiàn)。比如當(dāng)發(fā) 動(dòng)機(jī)加速時(shí)，為了使乘車者感覺舒適，排氣噪聲應(yīng)該隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而平緩線性 的變化。因此，在設(shè)計(jì)階段評(píng)估消聲器的瞬態(tài)聲學(xué)特性是非常必要的。本論文的目的是 利用一維 CFD 模型和實(shí)驗(yàn)的方法研究一個(gè)典型的商業(yè)消聲器的瞬時(shí)聲學(xué)特性，進(jìn)而開 發(fā)出一個(gè)簡化的、精度上允許且能夠滿足市場(chǎng)需求的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。2 基本理論2.1 流動(dòng)基本方程在本研究中利用一維計(jì)算流體力學(xué)的方法解決流動(dòng)問題。 整個(gè)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 被

7、分割成了許多空間，每個(gè)分流用一個(gè)單獨(dú)的空間表示，每個(gè)管道被分割成一個(gè)或多個(gè) 與邊界相連的空間。假設(shè)每個(gè)空間內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)變量（壓力、溫度、質(zhì)量、密度、內(nèi)能、濃 度）都是統(tǒng)一的。矢量變量（質(zhì)量流量、速度、質(zhì)量通量）適用于每個(gè)邊界。該流動(dòng)模 型包括了能量守恒方程、動(dòng)量守恒方程和連續(xù)性方程并進(jìn)行聯(lián)立求解。這些等式僅限于 一維模型下，即所有的量都是沿流動(dòng)方向均勻分布的。 該解決方案主要變量是質(zhì)量流量、 密度和總內(nèi)能。 應(yīng)當(dāng)指出的是排氣系統(tǒng)中氣體的溫度大致隨與距離發(fā)動(dòng)機(jī)距離的變化而變化。因此排氣系統(tǒng)中氣體的溫度并不是一個(gè)參數(shù)。當(dāng)利用能量守恒方程和焓方程計(jì)算 氣體溫度時(shí)，應(yīng)該考慮氣體與消聲器以及消聲器與外界環(huán)境

8、之間的熱交換。連續(xù)性方程:肌送mdt 邊界能量守恒方程:d(me)dtdv+乏；（mH）-hAs（T氣體一T壁面） dt 邊界(2)焓方程:dt邊界d（ PHV）-dP +2（mH）-hAs（T氣體一T壁面） dt動(dòng)量守恒方程:fVlN dxA 屮 4 dmdRA+S 十(mH)-4Cfdt邊界2 D-CPdx(4)分。需要指出的是m等于u , H等于e+P。P2.2排氣噪聲公式中 m，m，V，p, P,A,As,e,H,h,Tgas,Twaii ,P,Cf ,C P,D,dx，dp 分別代表邊界質(zhì) 量流量，空間質(zhì)量，體積，壓力，氣體密度，低壓面面積，傳熱面面積，單位質(zhì)量總內(nèi) 能（內(nèi)能加動(dòng)能）

9、，總焓值，傳熱系數(shù)，氣體溫度，壁面溫度，邊界速度，表面摩擦系數(shù),壓力損失系數(shù)，當(dāng)量直徑，質(zhì)量單元沿流動(dòng)方向的長度（離散長度），壓力差的微根據(jù)前面四個(gè)方程式可以求出消聲器的背壓和尾氣的出口流速。對(duì)于排氣噪聲的計(jì) 算則沒有確切的公式。但是在自由場(chǎng)中，從排氣管中排出的氣體體積相對(duì)整個(gè)空間而言 是可以忽略不計(jì)的。排氣管排氣體積可以視為排氣管體積的一個(gè)變量。因此，可以用單 極方程式來計(jì)算排氣噪聲。應(yīng)當(dāng)指出的是這種方法僅在距排氣管一定直徑距離的自由場(chǎng) 中的聲壓等級(jí)下才適用。因此，在自由場(chǎng)中擴(kuò)音器處的聲壓是通過把孔視為一個(gè)簡單的脈動(dòng)單極來計(jì)算的，并且單極處的速度可以通過以下方程轉(zhuǎn)換成自由場(chǎng)中任何位置處的 壓

10、力。PA d r f r Y2/2d?fvt Z公式中P, P,A,r,u,c,t分別表示聲壓、空氣密度、尾管橫截面積、擴(kuò)音器距尾管的距離、氣體的瞬時(shí)出口流速、聲音在自由場(chǎng)中的速度和時(shí)間。3實(shí)驗(yàn)裝置和方法消聲室發(fā)動(dòng)機(jī)工作臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器電腦數(shù)據(jù)記錄器圖1實(shí)驗(yàn)裝置示意圖實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)中使用了一個(gè)包含 1500毫升內(nèi)聯(lián)四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)和用來測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的功率計(jì)。發(fā)動(dòng)機(jī)的駕駛狀態(tài)由控制系統(tǒng)控制。沿排氣系統(tǒng)的氣體溫度、壁面溫度和氣體壓力分別由溫度傳感器和壓力傳感器檢測(cè)并由 數(shù)據(jù)記錄儀記錄。為了避免反射聲波和設(shè)備噪聲的干擾，消聲室內(nèi)只設(shè)置一個(gè)傳聲器和消聲器樣本。所有其他的實(shí)驗(yàn)設(shè)

11、備放置在消聲室外面。依據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS D 1616, 在排氣尾管軸向45的500毫米處用傳聲器(B&K Type 4190)測(cè)量排氣噪聲。在加熱工 況和寬開口喉部加速狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從600轉(zhuǎn)/分鐘加速到6000轉(zhuǎn)/分鐘需要30秒。當(dāng)有效頻率高于六階轉(zhuǎn)動(dòng)頻率時(shí)，排氣噪聲的聲壓等級(jí)非常低。只有在二階轉(zhuǎn)速、四階 轉(zhuǎn)速和六階轉(zhuǎn)速下才能記錄排氣噪聲。4 一維理論下的排氣噪聲模擬在目前的研究中，利用一維理論分析標(biāo)準(zhǔn)商用汽車消聲器的排氣噪聲模擬。圖2所 示的是一個(gè)商業(yè)汽車消聲器的原理結(jié)構(gòu)圖。 它由三個(gè)排氣尾管以及由兩個(gè)隔板分開的三 個(gè)室組成。為了正確建立消聲器的模型，需要充分了解消聲器每個(gè)聲學(xué)部件

12、的功能。消 聲器中的幾個(gè)聲學(xué)部件分別為分流孔、擴(kuò)面管諧振器、吸收材料、膨脹室和亥姆霍茲共 振腔。圖2消聲器樣本原理圖圖2中1室和管1上有很大的分流孔，其設(shè)計(jì)目的是為了在工作頻率范圍內(nèi)能打破 排氣管的諧振狀態(tài)。管1上的穿孔管是為了防止流量分離和由于急劇間斷產(chǎn)生的過度渦 流，進(jìn)而可以減少流量產(chǎn)生的噪聲和壓降流產(chǎn)生。由管1的部分和3室形成的亥姆霍 茲共振腔用來減少特定頻率的噪聲。它充當(dāng)聲波濾波器并且可以衰減發(fā)動(dòng)機(jī)的低頻噪聲。亥姆霍茲共振腔向聲源反射聲波，從而防止聲音沿排氣管傳播。膨脹室(室2)的設(shè)計(jì)目的是為了減少加速噪聲。在消聲器橫截面積處引進(jìn)的突變使膨脹室反射聲波。亥 姆霍茲共振器沒有高衰減度，但

13、當(dāng)一半聲波長等于腔的長度時(shí)，它具有寬帶頻率特性。通過在出口減小單脈沖噪聲，膨脹室使劇烈的壓力脈沖變得平緩。當(dāng)傳入聲流擴(kuò)大或縮 小成不同大小時(shí)設(shè)置一個(gè)擴(kuò)面管諧振器以消除特定頻率的噪聲。在這個(gè)消聲器樣本中, 管2和固定盤形成了兩個(gè)擴(kuò)面管諧振器。在這兩個(gè)擴(kuò)面管諧振器的作用下，隔板反射傳入噪聲使其朝相反的方向返回，以此來削弱傳入噪聲。吸收元件 （管3）用來防止流動(dòng)噪 聲、輻射噪聲和排氣噪聲。它包含多孔吸音材料，通過震蕩氣體粒子與吸聲材料（在目 前研究中，玻璃棉）空隙中形成的摩擦，使聲能轉(zhuǎn)化為熱能，以此來衰減了噪聲。這個(gè)元件的主要優(yōu)點(diǎn)是在高頻帶內(nèi)衰減性能好，但它在低頻時(shí)性能不佳。表1中列舉了消聲 器的技

14、術(shù)參數(shù)。表1消聲器規(guī)格參數(shù)項(xiàng)目數(shù)值（mm）室1長度140室2長度150室3長度160管1長度400管1直徑45管2長度200管2直徑45管3長度400管3直徑40多孔管孔的數(shù)量300多孔管孔的直徑3室的直徑200分流孔直徑15用一個(gè)被許多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證過的發(fā)動(dòng)機(jī)模型來評(píng)估消聲器樣本的性能。在目前的研究中，只對(duì)消聲器樣本模型給予了詳細(xì)解釋。圖3展示了一個(gè)高精度的消聲器樣本標(biāo)準(zhǔn) 模型。為獲得較高的計(jì)算精度，把消聲器離散成小的基本流動(dòng)單元。下面是標(biāo)準(zhǔn)消聲器 模型的兩種離散方法。一種是將室分成許多不同的部分，例如一些管子和分流。另一種 是將一長管離散成一些小部件。室被劃分為子單元。在這些室內(nèi)，子單元的體

15、積是常數(shù), 但是室1內(nèi)的子單元同室2和室3內(nèi)的相比有不一樣的體積。管1被分為一個(gè)多孔管和二根直管。其中一根直線管由一個(gè)分流孔連接室1。多孔管被劃分成與室2通過孔連接 的子單元。設(shè)計(jì)穿孔是為了連接多孔管和室 2。內(nèi)部有吸收材料的套管相當(dāng)于子單元, 這些子單元有額外的參數(shù)來描述使用了如羊毛等吸收材料的消聲器樣本。在當(dāng)前的模擬中假設(shè)環(huán)境的熱容量是無限的，即在整個(gè)模擬中環(huán)境溫度是恒定不變的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，在寬開口喉部加速條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)模型轉(zhuǎn)速在30秒內(nèi)由600轉(zhuǎn)/分鐘（空轉(zhuǎn)）加速到12000轉(zhuǎn)/分鐘。整個(gè)模擬是在瞬態(tài)條件下進(jìn)行的。在模擬中用到了GT-Power Ver.6.2商業(yè)軟件。表2列出了模擬條

16、件。召4室3堂1管3進(jìn)口管2多孔管孔室2O d44管1分流孔jK3 II I圖3標(biāo)準(zhǔn)消聲器模型變量數(shù)值工作流體空氣平均壓力lOOKPa環(huán)境溫度300K發(fā)動(dòng)機(jī)沖程4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)排量1500CC消聲器熱導(dǎo)率48W/m/K管道與周圍環(huán)境的對(duì)流傳熱系數(shù)15W/ rf /K表2模擬條件5結(jié)果與討論圖4所示的是標(biāo)準(zhǔn)模型的實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果。在圖4a中我們可以發(fā)現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)二階轉(zhuǎn)動(dòng)頻率下實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果非常吻合。但是對(duì)于高階轉(zhuǎn)速，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)高速狀態(tài) 下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果產(chǎn)生了差異。這些差異主要是由流動(dòng)噪聲造成的。應(yīng)當(dāng)注意的 是在模擬仿真中并沒有考慮流動(dòng)噪聲。當(dāng)廢氣通過截面4然后從尾管高速噴射出來時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)

17、很大的渦流，這個(gè)渦流使自身產(chǎn)生的噪聲加大。因此消聲器本身就表現(xiàn)為一 個(gè)噪聲源，有時(shí)它的噪聲聲壓級(jí)可以比得上發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的聲壓級(jí)。即使有幾個(gè)聲學(xué)元件 用于降低流量噪聲，從圖4b可以看到，在5000-6000轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，流動(dòng)噪聲可以比得上發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲。在圖4c中當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率提高時(shí)，可以在 4000-6000轉(zhuǎn)/分鐘的大范圍內(nèi)觀 察流動(dòng)噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)苒速（轉(zhuǎn)/井鐘）3PM宙-漆出虹a）二階發(fā)動(dòng)機(jī)龍糕頻率發(fā)動(dòng)機(jī)特速（糕/分神liiklB二一口：二一二:一詁:U 號(hào)詁_I hdrFr r占 r Fd-J J fl6200050003（X）04000發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)連（轉(zhuǎn)/分鐘Jc）為階發(fā)動(dòng)機(jī)能黑頻率h）四階發(fā)動(dòng)機(jī)施糕

18、頻率圖4標(biāo)準(zhǔn)消聲器模型下排氣噪聲的計(jì)算與模擬結(jié)果在圖3中，消聲器模型被離散成許多單獨(dú)的體積，這些單獨(dú)的體積用來表示室的容 積。管和室的位置關(guān)系由圖中連接關(guān)系表示。標(biāo)準(zhǔn)模型精度高，但執(zhí)行起來耗費(fèi)時(shí)間。 從圖3中可以看出標(biāo)準(zhǔn)模型消聲器消耗了大量計(jì)算時(shí)間。如前面所述，即使一維標(biāo)準(zhǔn)模型的計(jì)算時(shí)間比三維流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型和有限元模型的時(shí)間短，它仍舊不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)需求。利用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型計(jì)算排氣噪聲和背壓耗時(shí)80分鐘。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn), 在優(yōu)化設(shè)計(jì)中要考慮800種設(shè)計(jì)方案。因此，一個(gè)耗時(shí)130多天的優(yōu)化設(shè)計(jì)從時(shí)間上并 不能滿足新興汽車市場(chǎng)的需求。為了減少總的計(jì)算時(shí)間，需要簡化這個(gè)模型。而且，在 未來的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，如果修正了管的尺寸與其他部件的位置關(guān)系，需要再改變整個(gè)消聲 器模型，那將是非常浪費(fèi)時(shí)間的。為解決這些問題，研發(fā)一種可靈活修正且具有允許精度的簡化模型是非常必要的。圖5所示的是目前研究中的簡化模型。在該簡化模型中，每個(gè)室被劃分為相同體積的球形分流空間。管和其他部件的位置關(guān)系用分流與孔的關(guān)系表示。它的仿真條件與標(biāo)準(zhǔn)模 型是相同的。圖6所示的是簡化模型的結(jié)果。從圖6中可以看出，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于4200 轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常吻合。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于 4200轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，盡管實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果之間有些差異，但相對(duì)執(zhí)行時(shí)間而言已經(jīng)相當(dāng)準(zhǔn)確了。室10圖5