1．论文选题的目的和意义

当今世界涉及人类社会发展的问题众多，其中水污染、空气污染、噪声污染已经成为限制人类社会发展的三大威胁。随着国民生活水平的提高，我国汽车保有量逐年快速增加，不仅对我国空气质量造成了影响，其所带来的噪声污染问题也越发引起人们的重视，降低汽车产生的噪声已刻不容缓。对于汽车而言，排气噪声是其主要的噪声源，往往比发动机整机噪声还要高。解决汽车排气噪声的方法是在汽车排气管加装消声装置，因此研制出具有良好消声性能的排气消声器可以降低发动机的排气噪声，从而减少车辆在运行过程中的声音，对于噪声的控制具有重要的意义。排气系统产生的噪声主要包括空气噪声、冲击噪声、振动激励引起的辐射噪声、气流摩擦噪声。对于排气噪声的研究主要有两种方法，一种基于一维空气动力学理论，一种基于线性声学理论。传统汽车消声器的设计主要基于经验和实验相结合，这种方法开发成本高、开发时间长，将会耗费大量的人力、物力和财力，特别是设计参数组合较多时更是难以真正实施。随着科学技术的发展，特别是计算机仿真技术的快速发展，使得消声器设计又开始了新的篇章。应用现代仿真技术设计理论进行消声器设计将会降低消声器设计成本，提高实验效率。通过GT-Power仿真计算，可以节省大量的开发成本和时间。GT-Power软件提供了消声器消声性能的仿真功能，为消声器的结构优化提供了有力的手段。

GT-Power主要采用有限体积法的一维非定常流体计算模型，将发动机各系统分为不同的功能模块，进行面向对象的编程，然后将这些通用的功能模块以模板的形式存储起来形成模板库，用于发动机工作过程的仿真。软件中的GT-Muffler主要用于消声器结构的设计和建模。在GT-Power软件中，将建立起的消声器模型和发动机工作过程模型耦合起来，进行消声器插入损失和压力损失的计算。使用GT-Power软件对汽车消声器进行设计和优化能够设计出合理的消声器方案，并节约大量计算时间。本文使用GT-Power软件实现汽车消声器的设计和优化。通过建立发动机的工作过程模型、尾管噪声计算模型、消声模型、消声器的消声性能仿真模型，完成了其声学性能和空气动力性的仿真分析。

2．国内外关于该论题的研究现状

排气消声器涉及气体流动、传热、振动、声学以及发动机性能和结构等多个学科，具有一定的复杂性。早期对汽车排汽消声器的设计，大多是在一维平面波理论计算的指导下，根据样品及有关资料推荐的参数，加上设计者的经验进行设计。这种方式初期基本能满足要求，但随着人们对汽车的舒适性要求的提高，排放法规日益严格，消声器的结构必定复杂化，其开发时间长、实验与计算预测相差大的特点也越发显现出来。传统开发方式的局限性促进了各种理论计算模型的推出。随着计算机软硬件的不断发展，能够应用于计算机的三维数值方法显现出更大的优势，其可以更准确地计算复杂消声器，在多个方案中寻找出最佳的方案。这时出现了两大研究方案，其一是对消声器的各个参数进行多目标优化，以得到最好的消声性能和流体动力学性能；其二是将声学理论方程在二维或三维空间离散，准确地计算和分析复杂形状消声器的消声性能。基于一维空气动力学理论时，通过对发动机整机系统进行非稳态流场仿真分析，根据流体的压力波动来计算排气噪声。基于该方法的商用软件主要有GT-Power、Ricardo_Wave、AVL-BOOST。这些软件不仅可以对消声系统直接建模分析，还可以联合发动机整机系统进行建模，直接预测发动机的排气噪声，但是仿真时间长，而且精度有限，尤其是在高频区域。

2. 研究的基本内容与方案

1．基本内容与目标

（1）查阅相关文献，了解汽车消声器的主要结构和工作原理。

（2）查阅应用GT-Power仿真软件的资料，了解软件的功能模块和应用实例。

（3）设计绘制相关零部件图纸。

（4）学习建立发动机工作模型、排气系统模型、消声器模型、排气系统的噪声计算模型以及耦合消声器的尾管噪声、压力损失。

（5）对不同消声器模型进行仿真计算，对不同的算法进行比较，最终确定出合理的排汽消声器方案。

2．拟采用的技术方案与措施

（1）查阅关于汽车消声器方面的文献资料，学习汽车消声器的技术原理，了解汽车消声器的发展和研究进展，了解汽车消声器的设计方法。

（2）通过阅读相关书籍和观看视频，认真学习GT-Power软件，熟练基本操作和各个模块的应用。