基于Fluent的FSAE賽車消聲器的優化設計

于 淵，師忠秀，柳 威，趙江華

（青島大學 機電工程學院，山東 青島 266071）

0 引言

汽車的主要噪聲來自于發動機，而排氣噪聲是發動機噪聲的主要組成部分，安裝排氣消聲器是控制排氣噪聲的有效方法。消聲器在降低噪聲的同時，會增加排氣阻力，進而影響發動機的動力性能和經濟性能，因此，對排氣消聲器內部氣流的流動特性進行研究就顯得十分重要［1，2］。本文采用CFD軟件Fluent對消聲器仿真模型進行模擬分析，就排氣消聲器內部流場變化情況對其壓力損失的影響進行研究。

1 消聲器分析模型的建立

1.1 數學控制方程

消聲器中的氣流流動是可壓、黏性三維湍流流動，滿足質量守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程［3－5］。

質量守恒方程為：

其中：ρ為密度；t為時間；u，v，w分別為速度矢量U在x，y，z方向的分量。

動量守恒方程為：

其中：p為流體微元體上的壓力；τij（i，j＝x，y，z）為因分子黏性作用而產生的作用在微元體表面上的黏性應力τ的分力；Fx，Fy，Fz為微元體上的體力。

能量守恒方程為：

其中：cv為比熱容；T為溫度；k為流體的傳熱系數；ST為內熱源以及由于摩擦作用使流體機械能轉化為熱能的部分。

這些物理守恒定律可以用控制方程進行數學描述，其通用變量方程為：

其中：Φ為通用變量；Γ為廣義擴散系數；SΦ為廣義源項。

1.2 計算模型

在三維CAD軟件SolidWorks中建立消聲器三維實體模型，如圖1 所示，導入到Fluent前處理軟件Gambit中進行網格劃分，由于消聲器內部結構復雜，為提高網格劃分效率，本文采用四面體網格劃分。計算中采用SIMPLEC算法求解控制方程，應用Realizable湍流模型來進行數值模擬，方程的離散方式采用二階迎風格式［6］。……