单扩张腔消声器流场特性与温度场研究
汽车消声器的流场和压力损失分析
值 模 拟 ， 究 相应 的 压 力损 失 随入 口流速 的 变化 趋 势 。 结果 表 明 ， 扩 张 腔 消 声 器 内部 流 场 非 常 复 杂 ， 间连 研 双 中
通 管 的位 置 和 数 量 对 消 声 器 内气 体 的 压 力 损 失 有 很 大 的影 响 ， 连 通 管 消 声 器 内的 压 力 损 失 比 单 连 通 管 的 双
器 ， 声 器 Ｂ 为 双 连 通 管 消 声 器 。这 两 种 消 声 器 消
计算 采 用 ＳＭＰ Ｅ Ｉ Ｌ Ｃ算 法 求 解 控 制方 程 ， 采 用标 准 ｋｅ 流模 型进 行数 值模 拟 。入 口边 界 条 —湍
的基 本尺 寸均 为 ： 第一 扩 张 腔 与第 二 扩 张 腔 长度 为 １ ０ｍｍ， ０ 扩张 腔直 径 为 ６ ０ｍｍ； 口管 、 间 入 中
于 结 构 复 杂 的消 声 器 ， 内部 气 体 流 动 是 三 维 、 其 非 定 常 的 。对 汽 车 消 声 器 进 行 流 动 特 性 分 析 ， 迅 能
连通 管和 出 口管 的长 度 分 别 为 ４ 、 ０ ４ ０ ３ 、 ０ｍｍ； 入
口管 和 出 口管 的 直 径 均 为 ２ Ｏ ｍｍ 。 消 声 器 Ａ 和
道 很 少 ＿。 ４ Ｊ
三 维 Ｃ Ｄ模 拟 技 术 在 汽车 消声 器 优 化 设 计 Ｆ 中的成 功应用 ， 现 代 汽 车零 配 件 的优 化 设 计 开 为 辟 新 的思 路 和方 向［ 。本 文 采 用 Ｃ Ｄ软 件 Ｆ ｕ ５ ］ Ｆ ｌ— ｅｔ ｎ 对两种 典 型结构 的消 声器 内部 流场 分 布 进 行 研究 ， 并就 消声 器 内部 的气 流 速 度 变化 对 其 压 力
且 无摩擦 的无 滑移壁 面边界 条件 。
不同风速对冷库温度场和流场性能影响的研究
不同风速对冷库温度场和流场性能影响的研究作者：尹义金李金伟来源：《青岛大学学报（工程技术版）》2018年第02期摘要：为了使冷库内温度场均匀，本文基于数值模拟软件Fluent，对不同风速进入冷库所形成的空气流场及其对温度场的影响进行了数值模拟。
当进入冷库的风速分别为1，3，5 m/s 时，对冷库的影响情况进行模拟和分析。
分析结果表明，在一定速度范围内，随着风速的增加，降温能力增强，换热效果好，降低到冷库所需温度的时间减少，但超出该范围，制冷效果并不明显。
通过对3种情况的研究表明，当进风口风速为3 m/s时，该冷库整体换热效果最好，最为节能。
该研究具有一定的创新性和实际应用价值。
关键词：冷库；数值模拟；空气流场；温度场中图分类号： TB69. TB657文献标识码： A随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们对冷鲜食品的质量要求越来越高，因此冷库在食物储藏、运输和保鲜中的作用尤为重要[12]。
冷库内只有保持合理的空气流场，才会使冷量均匀分配，既降低了能耗，又提高了储存货物的质量[34]。
近年来，数值计算技术用于食品、制冷等实际工程中，且效果明显，但在冷库中的应用较少[57]。
由于不同条件对冷库流场和温度场的影响不同，很难通过实验逐个研究，所以应用计算流体力学数值模拟软件技术将不同条件对冷库的影响进行数值模拟，既简单方便，又省时省力[812]。
俞炳丰等人[13]对空气在冷冻箱中的流动情况進行了数值模拟；H.B.Nahor等人[14]对冷库建立了一种三维模型，并对其中的温度、速度、湿度进行了数值模拟和研究；M.K.Chourasia等人[1516]对不同风速在冷库中的影响进行了研究，为以后冷库的发展指明了方向；胡熊飞等人[17]对2个不同冷库内气流组织模拟，发现在冷库流场中存在一个回流区，靠近壁面的地方，主流有靠近边界流动的趋势；吴天等人[18]建立了二维和三维模型，对储藏果蔬的冷库中的气流流场进行模拟，并提出了一些改善措施；余克志等人[1920]建立二维数学模型，对冷库中的货物因其高度大小、位置不同等方面对温度场和气流场的影响进行了研究。
内燃机排气消声器数值模拟研究进展
元 法被 普 遍 应 用并 取得 了大量 成 果 ，但 技 术 本
身 仍存 在 一 些 不可 回避 的缺欠 。 因为有 限元 需 要 全域 离 散 ，导致 问 题 的 自由度 和 原始 信 息 量 大。 系统 不 稳定 、 收敛 性差 。并且 有 限元 将 本 身 是连 续 的介 质 用仅 在 节点 处 连续 的有 限单 元 的 集合来 模 拟 ， 来 了离散误 差 。 ０世 纪 ７ 代 ， 带 ２ ０年
的应用 。极 大 地促 进 了消声 器 的设 计 效率 和设
计水平 Ｐ ｌ 文 对近 年来 内燃 机排 气消 声器 数值 。本
英 国南 开普 顿 大学 创 立 了边 界元 法 。是 在 有 限 元 法 之后 发 展 起来 的又一 种 较精 确 有效 的工 程 数值 分析 方法 圈 １ ８ 。 ９ ７年 ，美 国肯 塔基 大学 的 ｓｙ ｅｔ Ｆ用边 界元 法在 消声 器 内部 声场 方 面 的 ｅｂｒ Ａ 问题 进 行 了研 究 ，开 创 了边 界元 方 法 在 消声 器 研究 中应 用 的先河１ ９ １ 后边 界元方 法 在消 声器 。此 方 面 的应用 研究 开始 多 了起来 。１ ９ ９ ８年美 国 肯 塔 基 大学 的 ｗ ｕ Ｔ Ｗ研 究 了应 用 边 界元 方法 提
应 用 ，也 发 表 了许 多这 方 面 的论 文 。２ ０ ｏ ５年 ，
单扩张腔消声器流场特性与温度场研究
的设计 通 常要兼顾 ３ 方面 的要求［ 。 个 １ ］ （ ）在噪声 的较 宽频率 范 围内应 具 有足 够 大 １
的 消声 量 。
＋ ） ０ 去（ ＝
动量方 程 ，
（ ）消声 器 对 气 流 的阻 力 损 失 要小 ， 有 良 ２ 即
柴油机 排气 消声器是 船舶 动力 系统 的重要 组 成部 分 ， 消声 器 的性能评 价主 要采取 ３项 指标 ， 即
声 学性 能 、 空气 动 力 学性 能 和 结构 性 能 。消 声 器
为理 想气 体 的 可 压 缩 湍 流 流 动 ， 用 对 Ｎａ ｉ － 采 ｖｒ ｅ
Ｓ ｏ ｅ 方程 作时间 平 均处 理 ， 出可压 湍 流 平均 ｔｋ ｓ 写
总 第 ２９期 ４ ２１ ０ １年第 ６ 期
交
通
科
技
Ｔｒｎ ｐ ｒａｉｎ Ｓ ｉｎ ｅ＆ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｓ ｏ ｔｔｏ ｃｅ ｃ ｃ ｎ ｌｇ
Ｓ ｒａ ｏ ４９ ｅ ｉｌＮ ．２ Ｎｏ． ６ Ｄｅ ． ｃ ２Ｏｌ ｌ
单 扩 张腔 消声 器 流 场 特性 与温 度场 研 究
散 率 ￡ 。 ［ 当柴 油机排 气 温度 较 高 时 ， 消声 器 外 壁 与外
简单 膨胀 腔消声 器简 图如 图 １ 。
界 空 间环 境进行 换 热 ， 准确 计 算 消 声器 内部及 为 壁面 温度场 ， 对消 声器 内部 、 面和外 界环境 做 应 壁
图 １ 简 单 膨 胀 腔 消声 器
价值 。
＋ 蓍一 ］ ｆ ＋ Ｓ
ａ
－ －
能量 方程 ，
（）ｆ（， ＝ ｐ ＋￣Ｐ ｕ ｘｕ ） －
柴油机排气消声器阻力损失和温度场特性研究
摘 要 ：采 用计算流体力学有限体 积法 对两 种结构 的消 声器 内部 流体流 动状况 、 阻力 损失 、 温度 场分 布进行
数值仿真计算及 分析。结果表 双扩 张腔消声 器 由
Ｗ ＮＧ Ｗ ｉ， Ｊ ｈ ｎｌ Ｚ Ｕ Ｈａ－ ｎ Ａ ｅ ＩＺ ｅ — ｎ ， ＨＯ ｉｕ ｉ ｊ
（ ．Ｔ ｅＮ ｖ ｅ ｇｔ ｎｏ ｌａｙＧ ｒｓｎｉ Ｈ ｒｉ ｕｂｎ ｏ Ｌｄ Ｈ ｒｉ ５ ０ １ ｈｎ ； １ ｈ ａｙＤ ｌ ａ ｏ ｆ ｉ ｒ ａｒ ｏ ａｂｎＴ ｒｉｅＣ ． ｔ ， ａｂｎ １ ０ ０ ，Ｃ ｉａ ｅ ｉ Ｍｉｔ ｉ ｎ
于气流 的转折 ， 其阻力损失 比有 一个 中连管的双扩张腔 消声 器大大增加 。通过在各截 面突变处设置 管 口导 流环会
有很好 的降 阻效果 。同时通过将消声器和外界环境作 为耦 合传热系统进行数值模 拟 ， 双级膨胀 式消声器 的温 计算 度场 ， 并研 究绝热包覆层和外界气流速度 对消声器温度场 的影响 ， 其计算 结果 对实 际消声器 的设 计有一 定 的参 考
ｔ ａ ｈ ｕ ｄ ｆ ｗ ｆ ｌ ｅｍｕ ｆ ｒｉ ｔ ｒ ｅ ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ．ａ ｄ ｔ ｅｆ ｗ ｒ ｓ ｔ ｎ ｅｉ ｅ ｍｕｆ ｒ ｔ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｆ ｉ ｏ ｅｄ ｉ ｔ ｆ ｅ Ｓ ｈ ｅ — ｉ ｎ ｉ ｎ １ ｎ ｈ ｏ ｅ ｉ ａ ｃ ｎ ｔ ｆ ｅ ｈ ｔ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｈ ｌ ｌ ｓ ｈ ｌ ｗｉ ｉ ｔｒｃ ｎ ｅ ｔｄ ｔ ｂ ｓ ｉ ｍｕ ｈ ｈ ｇ ｅ ｈ ｎ ｔ ａ ｎ ｔ ｅ ｍｕ ｆ ｒ ｗｉ ｎ ｎ ｅ ． ｏ ｎ ｃｅ ｕ ｅ ｄ ｅ ｔ ｈ ｎ ｅ ． ｏ ｎ ｃ ｅ ｕ ｅ Ｓ ｃ ｉｈ ｒ ｔ ａ ｈ ｔｉ ｈ ｆ ｅ ｔ ｏ ｅ ｉ ｔｒ ｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｔ ｂ ｕ ｏ ｔ ｅ ｌ ｈ ｓ ｅ ｖ ｆｔ ｅ ｆ ｉ ｏ ｗ ｒ ｅ ｏ ｕ ｄ ｆ ｗ． Ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｕ ｄ ｃ ｎ ｂ ｒ ｖ ｄ ｒ ｍａ ｋ ｂ ｙ ｂ ｄ ｉ ｇ ｄ ｖ ｒｉｎ ａ ｎ ｌ ｓ ｓ ｈ ｌ ｌ ｅ ｆ ｍａ ｃ ｆｆ ｉ ａ ｅ ｉ ｏ ｅ ｅ ｒ ａ ｌ ｙ ａ ｄ ｎ ｉｅ ｓｏ ｎ ｕ ｕ ｅ ｏ ｌ ｍｐ
船用柴油机排气冷却消声器流体与消声特性
船 用柴 油 机 排 气 冷 却 消 声 器 流体 与消 声 特 性
陈 涛 １ 胡 霖ｚ 黎 南 ｚ
１海 军驻 大 连 地 区军 事 代 表 室 ， 宁 大 连 １６ ０ 辽 １０ ４ ２大 连 船 舶 重 工 集 团有 限 责 任公 司 军代 表 室 ， 宁 大连 １６ ０ 辽 １０ １
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｅ ｈ ｕｓ ｏｓ ｆ ｍａ ｎ ｉｓ ｌｅ ｇｎ ｎ ｏ ｃ ｏ ｈ ｘ ａ ｓ ａ ｏ ｓｒ ｃ ：Ｉ ｒ ｅ ｏ ｒ ｄ ｃ ｈ ｘ ａ ｔｎ ｉｅ ｏ ｒ ｅ ｄｅ ｅ ｎ ｉｅ ａ ｄ ｔ ｏ ｌｔ ｅ ｅ ｈ ｕ ｔｇ ｓ ｆｒ ｉ ｔｅ ｓ ｋ ｆｒｄ ｃ ｎ ｈ ｎ ｒ ｒｄ ｓｇ ａｕ ｅ，ｈ ｘ ａ ｓ ｏ ｌｎ ｉ ｎｃ ｒｉ ｌ ｙ ｅ ｄ ｄ．Ｉ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｈ ａ ｅ ｏ ｅ ｕ ｉｇ ｔ ｅ ｉｆａ ｅ ｉｎ ｔ ｒ ｔ ｅ ｅ ｈ ｕ ｔｃ ｏｉ ｇ ｓｌ ｅ ｓ ａｗａ ｓｎ ｅ ｅ ｅ ｎ ｔｉ ａ ｅ ， ｔｅ ｃ ａａ ｔｒｓｉｓｏ ｏ ａ ｄ ｃ ｏｉ ｇ ｅｆｃ ｆｔ ｅ ｓｌｎ ｅ ｓ ｗｅｌａ ｔ ｒｎ ｍｉｓｏ Ｏ Ｓｗａ ｎ ｌｚ ｄ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｆｆ ｗ ｎ ｏ ｌｎ ｆｅ ｔｏ ｈ ｉ ｃ ｒａ ｌ ｓ ｉ ｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｌ Ｓ ｓａ ａｙ ｅ ｌ ｅ ｓ ｗｉ ｕ ｒｃ ｌｃ ｌｕａ ｉｎ ｈ ｅ ｏ ｙ ａ ｃ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｆｔ ｅ ｅ ｈ ｕ ｔｃ ｏｉｇ ｓｌｎ ｅ ｓ ｃ ｌｕ ａｅ ｔ ｎ ｍｅｉ ａ ａｃ ｌｔ ．Ｔ ｅ ａ ｒｄ ｎ ｍｉ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈ ｘ ａ ｓ ｏ ｌｎ ｉ ｃ ｒ ｗａ ａｃ ｌｔｄ ｈ ｏ ｆ ｅ
有 限 体 积 法 计 算 并 分 析 了 排 气 冷 却 消 声 器 在冷 却 与 不冷 却 时 的 空 气动 力性 能 ， 到 其 阻力 损 失 特 性 、 却 效 果 得 冷
基于FLUENT的抗性消声器的流场分析及压力损失研究
基于FLUENT的抗性消声器的流场分析及压力损失研究邹润;杨欣祺;蔡强;李闯;高沙沙【摘要】利用FLUENT对某挖掘机消声器的设计制造进行仿真分析,研究了该消声器内部流场的温度、压力、速度的分布,分析了不同的入口速度下压力损失的变化.发现消声器内部流速较均匀,气流速度变化比较缓和,没有变化剧烈的区域.每个扩张腔内气流撞击壁面后有反射,有利于削弱噪声能量,达到消声效果;消声器各扩张腔内部温度变化比较大,第一腔内温度变化最大;消声器各扩张腔内部压力维持不变,压力损失比较大的区域为2个内插管入口处,这说明扩张腔在整个消声器中造成的压力损失是比较小的.随着入口速度增加,消声器的压力损失呈抛物线增大.【期刊名称】《柴油机设计与制造》【年(卷),期】2016(022)002【总页数】5页(P14-18)【关键词】抗性消声器;FLUENT;压力损失;流场分析【作者】邹润;杨欣祺;蔡强;李闯;高沙沙【作者单位】中北大学机械与动力学院,太原,030051;云内动力股份有限公司技术中心,昆明,650200;中北大学机械与动力学院,太原,030051;中北大学机械与动力学院,太原,030051;长城汽车股份有限公司技术中心,保定,071000【正文语种】中文随着我国经济结构的发展壮大，内燃机的使用范围和数量越来越多，与此同时，也给人们带来了严重的噪声污染。
液压式挖掘机是一种高能耗的设备，它对整个发动机的能量利用只有20%［1］。
虽然消声器能减少一定噪声，但是它也会消耗发动机的许多能量。
压力损失是评价消声器空气动力性能的指标，可以用进出口的全压之差得到，它的大小能反映消声器的效率。
随着消声器的压力损失增大，发动机的能量就损失越多，且效率更低，这是明显的资源和能源的浪费，这个和全世界倡导的节约资源和低消费是违背的。
所以，为了提高能源的利用和抑制浪费，研究消声器的压力损失是一项必须的任务。
近些年，全世界范围内许多研究者已经做了CFD技术的研究工作。
第四章 抗性消声器的理论分析资料
第四章 抗性消声器的理论分析 4.1 扩张室消声器 4.2 共振腔消声器 第四章 抗性消声器的理论分析 4.1 扩张室消声器扩张室消声器也称为膨胀室消声器，它是由管和腔室组成的。
它是利用管道截面的突然扩张 ( 或收缩 ) 造成通道内声阻抗突变，使沿管道传播的某些频率的声波通不过消声器而反射回声源去。
由于声波通不过消声器，也就传不出来，从而达到消声的目的。
声波在两根不同截面的管道中传播，如图 8.15 所示，从截面积为 S 1的管中传入截面积为S 2的管中，S 2管对 S 1管相当一个声负载，会引起部分声波的反射和透射。
设在管道中满足平面波的条件下，在 S 1管道中有一入射波 p i 和一反射波 p r ，而 S 2管无限延伸；仅有透射波 p t 。
假定坐标原点取在 S 1管与 S 2管的接口处，现分别写出上述三种波的声压表示式，(8.3.1) 它们各自对应的质点振速分别为，(8.3.2)上式中ρ0c 为空气的特性阻抗； 为波数。
上述入射波、反射波和透射波不是各自独立的，而是互有联系。
这种联系的关键在两根管子的接口处 ( 即交界面处 ) ，在此界面上存在如下两种声学边界条件，⎪⎩⎪⎨⎧===-+-)()()(kx t j tA tkx t j rA r kx t j iA i e p p ep p e p p ωωωλπω2==c k ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===-+-)(0)(0)(0kx t j tA t kx t j rA rkx t j iA iec p v e c p v e c p v ωωωρρρ声压连续，即 (8.3.3)体积速度连续，即 S 1(v i +v r )=S 2v t (8.3.4)图 8.15 突变截面管为便于计算，取边界处 x=0，得到反射声压与入射声压的幅度之比为；(8.3.5) 式中面积比 m=S 2/S 1，也称为扩张比。
上式表明：声波的反射与两根管子的截面积比值有关。
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ｕ ｉ ｕ ′ ｕ ′ －ρ － ρ＋ ｉ ｉ ｊ ＋Ｓ μ ｘ ｘ ｉ ｊ ｊ 能量方程 ，
［
］
（ （ ｕ ｕ ｕ ＋ ＝ ｉ） ｉ， ｊ） ρ ｔρ ｘ ｊ
本文 利 用 大 型 通 用 流 体 计 算 软 件 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ ＮＴ 对柴油机排气消声器的内部流场与表面温度场进 通过一定的内部结构调整 ， 探索有效降低 行分析 ， 消声器阻力损失的方法及途径 。 １ 计算数学及物理模型 简单膨胀腔消声器简图如图 １。
１ ０ ４
阮新异 ：单扩张腔消声器流场特性与温度场研究
２ ０ １ １ 年第 ６ 期
４ 结论 ］ 通过对参考文献 ［ 中的模型进行数值计算 ， ２ 验证计算方法的 正 确 性 之 后 ， 采用同样的方法对 船用柴油 机 排 气 消 声 器 进 行 流 场 及 温 度 场 的 计 算， 得出结论如下 ：
Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｆ ｌ ｏ ｗ Ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ Ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ Ｔ ｅ ｍ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ Ｓ ｉ ｍ ｌ ｅ Ｅ ｘ ａ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｉ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｒ ｐ ｐ ｐ
３］ ： 流动的控制方程如下 ［
连续方程 ， ρ＋ （ ｕ ＝０ ｉ） ρ ｔ ｘ ｉ 动量方程 ， （ ） ρ（ ｕ ｕ ｕ ＝ ｉ ＋ ｉ， ｊ） ρ ｔρ ｘ ｊ
（ ）在噪声的较宽频率范围内应具有足够大 １ 的消声量 。 （ ）消声 器 对 气 流 的 阻 力 损 失 要 小 ， 即有良 ２ 好的空气动力性能 。 ）消声 器 要 坚 固 耐 用 、 （ 体 积 小、 质 量 轻、 结 ３ 、 。 构简单 易于加工等 消声器的空气动力学性能 （ 阻力特性 ） 是评价 消声器性能好坏的一个重要指标 。 良好的空气动 力特性能够保证柴油机功率的正常输出 。 因此研 究消声器内部流场和温度场分布有着非常重要的
／ ） 图 ７ 消声器外壁温度场 （ １ ０ｍ ｓ
参考文献 ［ ］ 内燃机消声 器 特 性 试 验 装 置 的 研 究 及 应 用 １ 阮登芳 ． ／ ） 图 ８ 消声器内部温度场 （ ５ ０ｍ ｓ ［ ］ （ ） ： 内燃机工程 ， Ｊ ． ２ ０ ０ ４， ２ ５ ４ ３ ９ ４ １． － ［ ］ 船用柴油机 排 气 消 声 器 性 能 试 验 台 的 设 计 ２ 王雪仁 ． 与实施 ［ 哈尔滨 ： 哈尔滨工程大学 ， Ｄ］ ． ２ ０ ０ ６． ［ ］ 计算流体动力学分析 ［ 北京： 清华大学 ３ Ｍ］． 王福军 ． 出版社 ， ２ ０ ０ ４． ［ ］ ［ 陶文铨 ． 传热学 （ 第四版 ） 北京 ： 高等教 ４ Ｍ］ ． 杨世铭 ， 育出版社 ， ２ ０ ０ ６． ［ ］ 郑 群． 计算流体力学 ［ 哈尔滨 ： 哈尔滨 ５ Ｍ］ ． 刘顺隆 ， ／ ） 图 ９ 消声器外壁温度场 （ ５ ０ｍ ｓ 工程大学出版社 ， １ ９ ９ ８．
腔右侧椭圆形的旋涡也是产生阻力损失的原因 。 鉴于以上的内 部 流 动 分 析 ， 对消声器内部结 构进行适当的改 动 ， 通过对进口管设置一定的内 以改变消声器内部的流动 ， 从而降低流 插管形式 ， 动阻力 。 改变后的消声器结构见图 ３。
图 ３ 内插管消声器
对上述改进结构的消声器进行同等的边界条 件设置 ， 进行流动计算与分析 。 从图 ４～５ 中可以 看出 ， 通过设置一定的内插管 ， 可有效改善内部流 场的分布 ， 从而有效降低消声器的流动阻力损失 。
图 ５ 阻力损失对比曲线图
从图 ６～９ 中可以看到 ， 消声器外壁面的温度 相对较高且分布 较 不 均 匀 ， 呈现出一定的温度梯 度 。 其表面温度最高 处 达 ４ 对外产生较大 ５ ０ ℃， 的热交换 ， 给机舱温度带来一定的影响 ， 是机舱温 度较高的重要热源之一 。 消声器的进出口段由于 截面较小 ， 内部流动速度较高 ， 其表面温度比扩张 器段相对低一些 ， 特别是在扩张腔的左右端面速 度滞止区 ， 由于流动速度很低 ， 存在一定的涡流现 象， 造成壁面 温 度 较 高 。 因 而 在 船 舶 机 舱 管 路 设 计时 ， 需根据消声 器 温 度 场 的 计 算 结 果 对 其 进 行 热绝缘包覆 （ 通常采用隔热玻璃棉 ， 包覆层厚度一 。 般为 ４ ０～６ ０ｍｍ）
／ １ ０ ． ３ ９ ６ ３ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ ７ ５ ７ ０ ． ２ ０ １ １ ． ０ ６ ． ０ ３ ４ Ｄ Ｏ Ｉ － ｊ
单扩张腔消声器流场特性与温度场研究
阮新异
（ ） 中国舰船研究设计中心 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ４ 摘 要 以某型船用排气消声器为研究对象 ， 为改善流体阻力 对 船 舶 柴 油 机 的 功 率 影 响 及 消 声 器 对其单扩张腔消声器的阻 力 损 失 与 表 面 温 度 场 进 行 了 详 细 的 表面热辐射造成的机舱通风的影响 ， 分析与 研 究 。 利 用 大 型 通 用 Ｃ Ｆ Ｄ 流体计算软件对消声器的流体流动与表面温度场进行了分析计 算， 通过适当改变内部内插管的布置， 可有效改善内部紊流流场， 降低消声器的流动阻力； 通过包 覆一定厚度的隔热材料 ， 可有效降低消声器表面温度 ， 降低热辐射 。 关键词 船用柴油机 消声器 流动阻力 温度场 热辐射
ｕ ｉ ｕ ′ ｕ ′ －ρ － ρ＋ ｉ ｉ ｊ ＋Ｓ μ ｘ ｘ ｉ ｊ ｊ 采用标准ｋ 本 文 利 用 有 限 体 积 法 的 思 想 ， － ε
［
］
的模型为 湍 流 模 型 来 求 解 上 述 Ｎ － Ｓ 方 程。 在 关 于湍动能 ｋ 的基础 上 ， 再引入一个关于湍动能耗 散率ε 的 方 程 ， 便形成了ｋ － ε 两 方 程 模 型。 在 该模型中 ， 通过求解湍动能ｋ 得到湍动能耗
４ ９期 总第 ２ ０ １ １ 年第 ６ 期 ２
交 通 科 技 Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｐ ｇ ｙ
Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎ ｏ ． ２ ４ ９ Ｎ ｏ ． ６Ｄ ｅ ｃ ． ２ ０ １ １
２ 边界条件 根据某型油船船舶柴油机额定工况下的排放 特性 ， 对 其 排 放 的 流 量、 温度等设定如下边界 条件 ： （ ）入 口 边 界 条 件 。 速 度 入 口 ， 模拟计算当 １ ／ 排气流速在 １ 消声 ０、 ２ ０、 ３ ０、 ４ ０、 ５ ０ｍ ｓ的条件下 ， 器内部流场及外壁温度场分布 。 ）出口边界条件 。 由于柴油机排气管直接 （ ２ 排向外界大气中 ， 故取环境大气压为压力出口条 。 件， ０． １ ＭＰ ａ （ ）壁 面 边 界 条 件 。 在 做 流 体 阻 力 分 析 时 ， ３ 壁面条件设 置 为 绝 热 ， 无 速 度 滑 移 壁 面。当 进 气 消声器通过外腔与外界环境换热 ， 温度为高温时 ， 壁面边界条件不能设为绝热 ， 应对消声器内部 、 壁 面和外界环境做流固耦合壁面传热分析处理 。 （ ）柴油机排气温度约 ５ ４ ０ ０～５ ５ ０ ℃。 ３ 计算结果对比分析 通过以上边界 条 件 的 设 置 ， 对单扩张腔消声 器的内部流动进 行 三 维 数 值 计 算 与 分 析 ， 对其内 部流 场 的 压 力 、 速 度、 湍流强度等进行监测与研 究， 从而判定消声器内部结构设计的合理性 。
／ ） 图 ６ 消声器内部温度场 （ １ ０ｍ ｓ
（ ）以某型船用柴油机排气消声器为计算对 １ 对其进行仿真计算 ， 得到了消声器内部流场及 象， 壁面温度场的分 布 情 况 ， 可由此有针对性地开展 消声器 结 构 改 进 工 作 。 利 用 三 维 数 值 计 算 的 技 术， 可大大缩短传统模型研发 、 制造 、 试验周期 。 ）消声器内部流场为一湍流度较大的紊流 （ ２ 流场 ， 在 进 出 口 管 段 内， 由 于 截 面 的 突 缩 与 突 扩， 使得局部流动压 力 变 化 梯 度 较 大 ， 形成较大的局 部阻力损失 。 （ ）由消声器外壁温度场可以看出 ， 外壁温度 ３ 较高 ， 可据此有针对地设置一定厚度的绝热包 覆层 。
４］ 。 散率ε［ 当柴油机排气 温 度 较 高 时 ， 消声器外壁与外
界空间环境进行 换 热 ， 为准确计算消声器内部及 应对消声器内部 、 壁面和外界环境做 壁面温度场 ， 流固耦合传热分析 。
图 １ 简单膨胀腔消声器
本文研究的消声器壁面或包覆层均没有内热 源， 同时研究稳态传热问题 ， 因此固体域控制方程 也就是固体域导热 只剩下能量方程 中 的 扩 散 项 ，
５］ ： 可表示为 ［ 微分方程 ，
假定发动机稳 态 运 转 时 ， 排气系统内的流动
收稿日期 ： ２ ０ １ １ ０ ７ ０ ６ － －
２ ０ １ １ 年第 ６ 期
阮新异 ：单扩张腔消声器流场特性与温度场研究
１ ０ ３
Ｔ） （ Ｔ） （ Ｔ） （ λ λ λ ＋ ＋ ＝０ ｘρ ｃ ｘ ｃ ｚρ ｃ ｚ ｙρ ｙ ｐ ｐ ｐ
柴油机排气消声器是船舶动力系统的重要组 消声器的性能评价主要采取 ３ 项指标 ， 即 成部分 ， 声学性能 、 空 气 动 力 学 性 能 和 结 构 性 能。消 声 器
１］ 。 的设计通常要兼顾 ３ 个方面的要求 ［
为理想 气 体 的 可 压 缩 湍 流 流 动 ， 采用对 Ｎ ａ ｖ ｉ ｅ ｒ － 写出可压湍流平均 Ｓ ｔ ｏ ｋ ｅ ｓ方程作时间平 均 处 理 ，
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