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1、福建农林大学本科毕业论文目 录摘要1Abstract11 引言- 1 -1.3.1国外FSAE发展背景- 6 -1.3.2中国FSAE背景- 7 -2 发动机排气原理- 8 -3.FLUENT计算的流体力学基- 9 -3.1.1 连续介质- 9 -3.1.2 流体的粘性- 9 -3.1.3 流体的导热性- 10 -3.1.4 可压流体与不可压流体- 10 -3.1.5 层流流动与湍流流动- 10 -3.2.1质量守恒方程- 10 -3.2.2 动量守恒方程- 11 -3.2.3 能量守恒方程- 12 -3.2.5 欧拉方程- 13 -4 对排气系统计算分析- 13 -4.3.1边界条件的施加及
2、速度分布分析- 16 -4.3.2内部压力分布分析- 19 -结 论- 21 -参 考 文 献- 22 -致 谢- 24 -题 目 CBR600发动机排气系统设计分析摘要： 排气系统主要由排气歧管，排气管，催化转换器，排气温度传感器，汽车消声器和排气尾管等组成,不仅影响汽车的燃油经济性和行驶动力性，更是是汽车减排降噪的重要组成部分。近年来越来越多的研究表明排气系统流场也能产生较大的气流噪声,从而影响系统声学性能。而过去对汽车排气系统消声器的研究设计主要是从平面波理论方向来考虑声波传播。近年来随着各种CFD (Computational Fluid Dynamics计算流体动力学)软件的应用与普
3、及,更多的企业采用CFD软件来模拟排气系统流场。但他们大多数会有较大的误差，因为他们排气系统CFD分析采用空气近似发动机排气来计算系统流场,。本文使用模拟所得的发动机排气参数通过Fluent软件仿真计算排气系统三维流场来进行分析,然后进行验证。首先将排气系统结构在UG软件中建立的排气系统流场三维实体模型导入Gambit软件中，划分有限体积离散网格及设置流体边界,在Fluent软件中进行排气系统的CFD分析,得到排气系统的温度、压力、速度的分布图,根据流体力学、传热学来分析排气系统的流场。关键词： 排气系统； 计算流体动力学； 消声器毕业设计（论文）外文摘要Title The analysis
4、and design of CBR600 engine exhaust system AbstractThe exhaust system is mainly composed of the exhaust manifold, exhaust pipe, catalytic converter, exhaust temperature sensor, automotive muffler and exhaust pipes, not only affect the fuel economy and driving power, also is an important part of auto
5、mobile emission reduction. In recent years more and more researches show that the flow field of exhaust system can generate airflow noise, thus affecting the system acoustic performance. In the past research on Design of muffler exhaust system is mainly to consider the wave propagation direction fro
6、m the plane wave theory. In recent years, with all kinds of CFD (Computational Fluid Dynamics computational fluid dynamics) and the popularization of software applications, more and more enterprises using CFD software to simulate the flow field of exhaust system. But most of them will have a greater
7、 error, because they exhaust system CFD analysis using approximate engine exhaust air to calculate system flow,. Engine exhaust parameters using simulated through the Fluent software simulation of three-dimensional flow field of the exhaust system to carry on the analysis, and then verify. The exhau
8、st system structure based on UG software, the flow field of exhaust system of three-dimensional entity model into Gambit software, finite volume discrete grids and set the fluid boundary, carries on the analysis of the exhaust system CFD in Fluent software, distribution of temperature, pressure, spe
9、ed is the exhaust system, according to the flow of exhaust system in fluid mechanics, heat transfer. Keywords：The exhaust system; computational fluid dynamics; muffler1 引言 排气系统主要由排气歧管，排气管，催化转换器，排气温度传感器，汽车消声器和排气尾管等组成,不仅影响汽车的燃油经济性和行驶动力性，更是是汽车减排降噪的重要组成部分。1.1研究方程式赛车排气系统的目的及意义 示意图 汽车排气系统是指收集并且排放废气的系统，一般由
10、排气歧管，排气管，催化转换器，排气温度传感器，汽车消声器和排气尾管等组成。汽车排气系统是主要是排放发动机工作所排出的废气，同时使排出的废气污染减小，噪音减小。汽车排气系统主要用于轻型车、微型车和客车，摩托车等机动车辆1。排气系统最基本的功能就是引导发动机做功时所产生的废气排出车外，由于排气系统对发动机换气的影响和排气噪声的存在，排气系统在设计的最大目标就是优化排气过程提高发动机的换气效率以及减少排气噪声。FSAE赛车排气系统与民用车的性能取向有一定的区别，FASE赛车或者说大多数高性能的赛车的排气系统和民用车排气管在性能取向来说是非常不一样的。排气管最基本的作用就是引导发动机废气，隔绝排气高温
11、。民用车为了控制成本，往往使用易于大量生产的工艺和材料制造，而且在设计的时候往往也是为了能够尽量减少成本，没有在排气系统如何优化发动机表现上面多下功夫。而赛车排气管则是相反，由于赛车产量少，追求高性能表现，对成本控制要求低。所以往往用不易于量产的工艺和材料。而在设计上差别更是巨大，由于可以使用比较费时的工艺，在排气系统的设计上受到的束缚很少，可以做更多有利于发动机性能的设计。而更重要的赛车的设计完全是为了竞速，所以在总布置上面的给排气系统留下足够的空间，这样排气系统就可以使用一些在民用车上做不了的设计。例如利用汽车的震动和惯性让排气系统在排气门附近的压力降低，这样排气更加顺畅，提高发动机的充量
12、系数。从而获得了更大的扭矩和功率。具体的就是优化设计排气歧管，让排气初段相互独立，互相不干扰，而且排气顺畅，计算好合适的排气歧管初段长度，保证每个汽缸的排气歧管长度等长，最后又让各缸排气歧管相会一处排出废气。排气系统的另外一个重要的功能就是降低发动机的排气噪声，在这点上赛车虽然降噪的要求比较低，然而FSAE并不是专业的竞速赛事，但考虑到赛事的安全性等，也有一定的噪声要求 【2】 。 1.2、赛事规则的限制【3】 规则中对于赛车的排气系统做了以下要求：赛车排气系统必须安装消音设备，用以使噪声达到允许程度。尾气出口设置必须要合理。使赛车以任何速度行驶时车手都不会受到尾气污染。排气口不得处在后轴中心
13、线后60cm之后的位置，距离地面不得高于60cm。如果排气系统的零部件从车身两侧延到主环以前，那么这些零部件必须有护照遮盖，防止车手或其他人员烫伤。噪声等级上限为110dB排气管和车手以及油箱要有一定的距离，即便有隔热设备额存在，如果离得太近也是会让裁判觉得不安全排气系统要合理的固定在车架上，不能有不牢靠的固定方式排气系统消声的相关发展与研究 消声器是一种既可以有效降低噪声又能使气流顺利通过的设备。经过声学工作者们几十年的长期研究，消声器的计算方法和结构形式都得到了不断完善和发展。最早出现的是无源消声器，包括阻性消声器、抗性消声器及阻抗复合式消声器等。其中抗性消声器又发展为扩张式消声器、共振式
14、消声器、无源干涉式消声器以及微穿孔板消声器等。二十世纪五十年代，国际上提出了有源消声器的概念【4】。这种消声器是通过人为的产生一个与声源幅值相同、相位相反的声波来控制声源的发声特性，使噪声源辐射的可听声的声功率降低，从而达到消声的目的。随着现代数字信号处理技术的发展以及电子控制装置性能的提高，有源消声器也得到了进一步的发展。但在我国应用最多的还是无源消声器。 消声器的理论研究最早可追溯到1922年，美国学者stewart 率先使用用声学滤波器理论指导了抗性消声器设计，利用了集中参数近似算法分析消声器元件。这种理论只有在声波远大于消声器尺寸时才成立。五十年代中期，Davis等人采用一维波动方程，
15、利用截面突变处体积振动速度和声压的连续性，计算了单级和多级膨胀腔和侧支共振腔【6】。五十年代后期，Igarashi等人利用等效电路方法计算了消声器的传递矩阵。根据电路中的四端网络原理，每个消声器单元的声传递特性用四极参数矩阵来表示，消声器的传递特性用每个消声器单元的四极参数矩阵的乘积来确定。这种以四极参数为基础的传递矩阵法在不考虑流速和温度梯度的平面波范围内计算结果比较准确【7】。在Igarashi和 Davis 的基础上，经过大量声学工作作者的努力研究，在用传递矩阵法计算消声器的插入损失和用声传播法计算消声器的传递损失方面，有了比较成熟的计算公式。其中传递矩阵法相对于声传播法有简单方便、实用性强的特点，从而得到了广泛应用。但这些公式成立的前提条件是：没有流速和温度梯度的影响；气体按平面波形式传播；忽略介质粘性和介质能量耗散；消声器壁面无振动，不透射声能。由于这些假设与实际情况有较大的出入，导致理论分析结果和实际测量结果之间有较大的差距。因而这些理论只能用于消声系统设计方案的比较，距
