内燃机涡轮增压器噪声分析及控制技术

《内燃机涡轮增压器噪声分析及控制技术》作为“深远工程装备与高技术丛书”之一，被列入“十三五国家重点图书出版规划”。《内燃机涡轮增压器噪声分析及控制技术》紧密结合工程实际，较为系统的介绍了船用废气涡轮增压器的噪声特性，阐述了相应的噪声控制技术。首先简要介绍了本书研究的背景与意义，归纳与总结了内燃机涡轮增压器噪声研究现状与噪声源特性；其次，介绍了增压器压气机内部流场与声场的数值计算方法以及应用，介绍了不同方法的使用流程，并通过实例对典型方法进行应用分析，在此基础上对高压比离心压气机流场与声场展开研究；再次，采用主动降噪手段对增压器内部气动噪声进行控制技术研究，依次利用自循环机匣，扩压器以及叶轮的结构改进设计进行增压器噪声控制分析，提出较好的解决方案；然后，介绍了增压器进气消声器的声学性能计算与分析，对消声器的性能计算与数值计算进行较为详细的阐述，采用正交试验法对消声器进行了改进设计研究；*后，进行增压器结构辐射噪声特性分析实验，探究了增压气振动与噪声频谱特性。因此，本书具有较高的原创性和学术价值。 

温华兵，工学博士，教授，研究生导师；能源与动力工程学院副院长，振动噪声研究所副所长；现担任：中国振动工程学会振动与噪声控制专业委员会委员、中国振动工程学会随机振动专业委员会委员、中国造船工程学会水下噪声学组委员、江苏省声学计量专业技术委员会委员等学术职务。主要研究成果： 作为主持人或主要参加人员完成国家自然基金、国防预研基金、国防基础科研等项目20多项，通过省部级鉴定5项。参加的国防预研项目“鱼雷实航性能预报研究”，曾获国防科工委科技进步三等奖、中国船舶工业集团公司科技进步二等奖。主持在研江苏省工业支撑项目1项，国防科研项目1项，技术开发与科技服务项目多项。发表科技论文20余篇，EI收录5篇。

第1章绪论1

11研究背景与意义3

12内燃机涡轮增压器工作原理4

13内燃机涡轮增压器噪声研究概述5

14内燃机涡轮增压器主要噪声源研究7

参考文献12

 

第2章增压器压气机内部流场数值分析方法及应用15

21计算流体力学基础理论19

211基本控制方程19

212湍流模型20

22基于Fluent的增压器压气机流场分析方法及应用23

221压气机流场仿真方法23

222压气机流场数值仿真实例25

23基于CFX的增压器压气机流场建模方法及应用34

231基于CFX压气机流场仿真方法34

232基于CFX压气机流场仿真实例41

参考文献44

 

第3章增压器压气机气动噪声数值分析方法及应用47

31计算气动声学法49

32声类比法及应用49

321声类比法理论基础49

322声类比法应用实例51

33宽带噪声法及应用56

331宽带噪声法理论基础56

332宽带噪声法应用实例57

参考文献61

 

第4章高压比增压器压气机流场及气动噪声特性分析63

41高压比增压器压气机流场特性分析65

411高压比离心压气机叶轮流场分析65

412高压比离心压气机扩压器流场分析67

413高压比离心压气机蜗壳流场分析70

42高压比增压器压气机声场特性分析73

421基于宽带噪声模型的气动噪声分析73

422非稳态模型的气动离散噪声分析77

参考文献83

 

第5章增压器压气机气动噪声控制技术85

51自循环机匣对压气机气动噪声的影响87

511循环机匣的流动控制原理87

512自循环机匣对压气机流动的影响88

513自循环机匣几何参数对压气机内流动的影响90

514不同几何参数对压气机声功率级的影响93

52扩压器结构参数对压气机气动噪声的影响96

521仿真模型的建立97

522压气机内部流动分析98

523压气机内部声场分析101

53蜗壳结构参数对压气机气动噪声的影响103

531蜗壳结构的设计方法104

532噪声控制流程与方案设计105

533噪声控制结果分析107

参考文献113

 

第6章增压器进气消声器声学性能计算与分析115

61消声器的消声性能评价指标117

62进气消声器声学性能计算方法121

621阻性消声器消声性能计算方法121

622进气消声器消声性能计算方法123

623进气消声器消声性能计算方法实验验证124

63进气消声器声学性能数值仿真方法128

631声学有限元数值仿真方法128

632消声器声学仿真模型的建立133

633消声器声学仿真计算流程138

634消声器传递损失数值仿真138

635消声器声学性能实验分析141

64进气消声器声学性能影响因素分析145

641吸声片间距对消声器传递损失的影响145

642吸声片外径对消声器传递损失的影响148

643增加穿孔板对消声器传递损失的影响151

644穿孔板穿孔率对消声器传递损失的影响154

65基于正交试验法的消声器性能改进157

651正交试验方法157

652正交试验设计158

653消声器消声性能改进设计160

参考文献161

 

第7章增压器结构辐射噪声特性分析与实验163

71增压器振动与噪声实验分析165

711实验原理165

712实验内容165

713实验仪器系统166

714实验方法167

715结果分析171

72增压器噪声声强分析178

721实验原理178

722实验方法179

723结果分析180

73高压比增压器振动与噪声实验182

731高压比增压器振动噪声结果分析182

732包覆层对增压器噪声影响实验分析184

参考文献185

离心压气机在国民经济各部门中占有重要地位，特别是在动力工业、冶金、石油化工、天然气运输等工业部门获得了广泛的应用。其在动力领域主要应用于内燃机涡轮增压器。随着内燃机燃油经济性与排放低碳性要求的提出，推动了内燃机增压技术的发展，高压比技术已成为先进内燃机的核心技术之一。而高压比技术导致离心压气机的流动更加复杂，随之带来的噪声问题也日益受到关注，因此进行离心压气机流场与声场的研究以及噪声控制研究对其气动性能与声学性能的提升都具有重要的意义。

本书主要围绕内燃机增压器的噪声特性分析与噪声控制技术展开，全书共分为七章。第1章概述了内燃机涡轮增压器工作原理、研究现状以及主要噪声源；第2章介绍了增压器压气机内部流场数值分析方法及应用，详细介绍了Fluent与CFX计算压气机流场的具体方法，并通过实例进行计算与分析；第3章为增压器压气机气动噪声数值分析方法及应用，分别介绍了计算气动声学法、声类比法、宽带噪声法的计算原理，并通过实例按照不同方法对增压器气动噪声进行数值计算分析；第4章重点介绍了高压比增压器压气机流场及声场特性分析，以高压比离心压气机为对象，分别采用有限体积法与有限元法进行流场的计算与声场的混合计算，对数值计算结果进行了较为详细的分析与总结；第5章为增压器压气机的气动噪声控制技术，研究了自循环机匣、叶片扩压器以及蜗壳几何参数对增压器噪声的影响，提出了压气机噪声控制的解决方案；第6章介绍了增压器进气消声器声学性能计算与分析；第7章介绍了增压器结构辐射噪声特性分析与实验。

本书的编写以江苏科技大学振动噪声研究所多年来在内燃机增压器方面研究成果为基础。宋震、仲启东、桑晶晶、鲍苏宁、申华等硕士研究生参与了本书的研究工作，为本书的撰写提供了许多有用的素材，同时本书得到了重庆江增船舶重工有限公司的大力支持，在此表示感谢！

由于笔者能力有限，本书中难免存在不妥之处，敬请读者批评指正。