基于CFD的商用车消声器体积优化



基于CFD的商用车消声器体积优化

在当代汽车产业，车辆的轻量化越来越受到关注，如可以通过使用轻质材料或减小元件尺寸来减轻车灯所占的质量。而本文采用减小部件尺寸的方法来进行轻量化，通过对零部件的尺寸优化来减轻车辆质量。

在排气系统消声器的轻量化过程中，使用商业软件FLUENT对流体力学（CFD）进行计算，将背压、废气温度、噪声音量与音色作为设计与验证的参数，背压可以定义为废气向外排出时的阻力，其对发动机的扭矩有影响。排气系统的设计要求燃烧后的气体能够快速而高效地从消声器中排出，采用CFD计算可以对其性能进行预测。通过CFD的流场结果，找到有问题的区域并进行解决，如在CAD中改变消声器长度、孔数、挡板位置等。

起初CFD的分析结果与现在相关的测试结果相一致。相应地将压力降和流体噪声设定为新的目标参数。同样，CFD分析过程可以用来在多个可选方案中寻找最佳解决方案。优化设计基于原样品，测试结果表明CFD的分析结果与实际试验之间具有非常高的相关性。

缩小消声器的尺寸要基于现有的消声器，这减小了消声器的背压。相比于现有的消声器，小型化消声器的背压可以减少6.4%。为了平衡这一变化，通过CFD计算得出将孔的大小从80mm增加到120mm，而挡板之间的距离也从原来的220mm变为275mm。通过实际的噪声测试，车辆的噪声也得到了优化。最终结果是消声器的体积减少了14.1%，进而使车辆整体质量减轻了2%。通过消声器的优化设计得出，采用CFD作为汽车零部件的优化设计工具可在不牺牲部件性能的前提下对零部件进行快速优化设计。这可以作为汽车轻量化设计的一种方法。

Ashok Patidar et al. SAE 2014-01-2440.

编译：张冬冬