柴油机排气消声器的设计选型

　　柴油机运转过程中的噪声会严重污染人类的生存环境,其中排气噪声是柴油机的主要噪声源。因此,控制排气噪声是降低柴油机整机噪声、改善环境的重要措施。

　　1　排气噪声产生机理

　　柴油机排气噪声是指当排气门打开出现缝隙时,废气以脉冲形式从缝隙中冲出而形成,其能量大、频谱复杂、频率可达上万Hz。排气噪声主要有基频噪声、涡流噪声、气柱共振噪声等。

　　(1)基频噪声

　　在柴油机排气门刚开启时,仍具有较高压力的气体从气缸内高速喷出,气流冲击到排气道内气门附近的气体上,使其产生压力剧变而形成压力波,压力波动随排气门的周期性开闭而呈周期性变化,因此产生周期性的噪声。基频噪声是一种低频噪声,其频率为

　　式中i———气缸数

　　n———柴油机转速

　　τ———冲程数

　　周期性排气噪声具有离散性频谱特征,其脉冲强度可用傅立叶级数展开。周期性排气噪声是一种简单源辐射,其辐射的声功率可用下式给出

　　式中K———比例常数

　　ρ———气体密度

　　D———气门口直径

　　v———气流速度

　　M———马赫数

　　(2)涡流噪声

　　涡流噪声是由高速气流通过气门和排气道时产生的。在排气门刚打开时,气缸内气体压力为排气管内压力2倍左右,排气处于超临界状态,以音速急速流经环形气门喉口从而产生剧烈的涡流运动。并与气门头附近的排气管道产生强烈撞击。随着气门的开度加大,气体流动变为亚声速流动,由于气流粘滞力的作用,废气带动气门背面的气体一起运动并产生卷吸作用,使周围发生旋转,形成涡流并辐射出涡流噪声。涡流噪声的频率可用下式表示

　　式中f———涡流噪声的频率

　　δh———斯特劳哈尔数

　　v———气流速度

　　D———排气门开启时的等效直径

　　随着排气门开度的变化,v和D连续变化,因此涡流噪声的频率为连续频谱,并且主要是高频噪声,其辐射的声功率可表示为

　　式中W———涡流噪声辐射的声功率,W

　　(3)排气道内气柱共振噪声

　　排气道内的空气柱在周期性排气噪声的激发下会产生一种与柴油机转速无关的气柱共振噪声。在排气门开启过程中,气缸容积与排气管组成一共振系统,其共振频率为

　　式中C———音速