一种对柴油机微粒过滤器声学特性预测的方法

摘要

本发明公开了一种能够对柴油机微粒过滤器的声学特性进行准确预测的方法。由两个温度传感器和两个压力传感器分别测取柴油发动机的排气状态参数，利用Sysnoise声学分析软件对简化的微粒过滤器模型进行热态下的三维数值模拟计算，由计算结果得到微粒过滤器的传递矩阵，考虑微粒过滤器中气体流动的粘性影响，对原传递矩阵进行粘性修正，得到粘性修正后的微粒过滤器传递矩阵，最后采用传递矩阵法计算微粒过滤器热态下的插入损失。本方法能够在比较宽的频率范围内适用，克服了以前一维解析法预测频率范围窄的缺点；采用这种方法能够对排气系统声学特性进行比较准确的预测。

主权项

1.一种对柴油机微粒过滤器声学特性预测的方法，测试部分包括：排气管路(1)、微粒过滤器(2)、尾管(3)、温度传感器(4)、压力传感器(5)、涡轮机(6)、发动机本体(7)、电力测功机(8)，用温度传感器和压力传感器分别测取柴油发动机的排气状态参数，利用声学分析软件SYSNOISE计算获得微粒过滤器进出口声压和速度，其特征是数据采集点的布置和计算的具体方法由以下步骤实现：a.在柴油发动机排气管路(1)与微粒过滤器(2)之间设置第一个温度传感器(4-1)和第一个压力传感器(5-1)；在微粒过滤器(2)与尾管(3)之间设置第二个温度传感器(4-2)和第二个压力传感器(5-2)，第一个温度传感器(4-1)与第一个压力传感器(5-1)采集发动机排气管路(1)同一点的信号；第二个温度传感器(4-2)与第二个压力传感器(5-2)采集微粒过滤器(2)出口同一点的信号，由第一个温度传感器(4-1)测得发动机排气温度t4；由第二个温度传感器(4-2)测得经微粒过滤器(2)后的排气温度t₆，由第一个压力传感器(5-1)测得发动机排气压力p₅；由第二个压力传感器(5-2)测得经微粒过滤器(2)后的排气压力p₇，以$t_0=\frac{t_4+t_6}{2}$作为排气平均温度，$p_0=\frac{p_5+p_7}{2}$作为排气平均压力，由公式$c_0=\sqrt{\frac{\mathrm{\gamma R}}{\mu }{t}_0}$得到声速c₀；由公式${\rho }_0=\frac{p_0\mu }{R{t}_0}$得到排气平均密度，式中γ为绝热指数，R＝8.31J/K·mol为气体常数，μ＝29×10^-3kg/mol为空气莫尔量；b.由SYSNOISE得到的两组微粒过滤器(2)的进、出口声压p_ci，p_co，p_si，p_so和两组进、出口质点速度v_ci，v_co，v_si，v_sa，由公式$T=\left[\begin{array}{cc}{T}_{11}& T_{12}\\ T_{21}& T_{22}\end{array}\right]$得到微粒过滤器(2)输出的传递矩阵，其中$T_{11}=\frac{p_{\mathrm{ci}}}{p_{\mathrm{co}}},$$T_{12}=\frac{p_{\mathrm{si}}}{v_{\mathrm{so}}},$$T_{21}=\frac{v_{\mathrm{ci}}}{p_{\mathrm{co}}},$$T_{22}=\frac{v_{\mathrm{si}}}{v_{\mathrm{so}}};$c.由公式$T^{\prime }=\left[\begin{array}{cc}{T}_{11}^{\prime }& T_{12}^{\prime }\\ T_{21}^{\prime }& T_{22}^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{T}_{11}& T_{12}\\ T_{21}& T_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{S}_{11}& 0\\ 0& S_{22}\end{array}\right]$得到粘性修正后的微粒过滤器(2)传递矩阵，式中S₁₁＝S₂₂＝exp(αl₀)，$\alpha =\frac{2}{a_0{c}_0}\sqrt{\frac{\mathrm{\gamma \eta \omega }}{{\rho }_0}},$$a_0=\sqrt{8k_w/\phi },$l₀为过滤层厚度，φ为过滤层孔隙率，k_w为过滤层渗透率，η为动力粘度，ω为圆频率；d.由公式$\mathrm{IL}=20{\log }_{10}\left(\right|p_{0.b}/p_{0.a}\left|\right)=20{\log }_{10}\left(\right|\frac{e_{1}z+f_1}{e_{2}z+f_2}\left|\right),$计算得到微粒过滤器(2)的插入损失，其中$z=\frac{Z_0}{{\rho }_0{c}_0},$$\left[\begin{array}{cc}{c}_1& d_1\\ e_1& f_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{A}_1& B_1\\ C_1& D_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{T}_{11}^{\prime }& T_{12}^{\prime }\\ \frac{S_i}{S_{l1}}{T}_{21}^{\prime }& \frac{S_i}{S_{l1}}{T}_{22}^{\prime }\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{A}_2& B_2\\ \frac{S_{l2}}{S_o}{C}_2& \frac{S_{l2}}{S_o}{D}_2\end{array}\right],$$\left[\begin{array}{cc}{c}_2& d_2\\ e_2& f_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{A}_1& B_1\\ C_1& D_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}{A}_2& B_2\\ \frac{S_{l2}}{S_{l1}}{C}_2& \frac{S_{l2}}{S_{l1}}{D}_2\end{array}\right],\left[\begin{array}{cc}{A}_1& B_1\\ C_1& D_1\end{array}\right]$是从涡轮机(6)的出口到微粒过滤器(2)前端的排气管路(1)的传递矩阵，$\left[\begin{array}{cc}{A}_2& B_2\\ C_2& D_2\end{array}\right]$是微粒过滤器(2)后端尾管(3)的传递矩阵，Z₀为排气管出口处的声阻抗率，S_i为微粒过滤器入口端开口截面积，S_l1为排气管截面积，S_l2为尾管截面积，S_o为微粒过滤器出口端开口截面积。