加装排气消声器是控制柴油机排气噪声的有效方式。而传统的抗性消声器无法同时满足消声性能好且排气阻力低的综合要求。为此,本课题提出将分流气体对冲消声单元与传统抗性消声单元分级耦合,通过降低消声器内的气流速度实现其综合性能优良的目标。基于该思路试制了柴油机新型消声器,完成了新型消声器的耦合性能分析。本文首先通过柴油机排气噪声测试和频谱分析获得了柴油机的排气噪声特性,并依据柴油机排气噪声特性和不同消声结构的消声特性,按照分级耦合理论提出了柴油机新型消声器的结构耦合模型。通过数学建模、仿真分析和试验验证相结合的方法,完成了新型消声器声学性能、排气阻力性能的耦合研究,评价了柴油机新型消声器的综合性能。得出的主要结论如下:(1)通过柴油机不同转速下的排气噪声测试,获得排气噪声频谱,确定出柴油机的目标消声频段为200Hz内的低频段,应着重考虑50Hz内低频噪声的控制。依据此排气噪声特性,结合消声器分级耦合理论和分流气体对冲降速机理建立了柴油机新型消声器的耦合结构模型。(2)开展柴油机新型消声器声学性能的耦合研究。利用一维声传递矩阵法建立了新型消声器传递矩阵的数学模型,利用Matlab编程分别获得30m/s、40m/s、50m/s三个入口气流速度下的新型消声器模型的传递损失对比曲线。结果显示新型消声器的传递损失呈宽频M型分布,新型耦合结构拓宽了消声频带,同时增加了低频的消声量,2000Hz带宽内的传递损失均超过20dB,保证了全频带良好的声学性能。柴油机新型消声器的传递损失随着入口气流速度的增加略有提升,消声性能稳定。采用正交试验开展了多因素试验设计,获得各结构因素对柴油机新型消声器传递损失影响的灵敏度。以新型消声器0-200Hz目标消声频段的传递损失TL的平均值为评价指标,得出结构参数对传递损失影响的主次顺序依次是内腔直径D2、锥形环角度α、内插管直径D4、内插管长度L11,获得传递损失最优的参数组合为D2=70;α=50°;D4=58;L11=155。基于传递矩阵法的数学建模、MATLAB数值模拟和正交试验获得的最优结构参数组合实现了新型消声器结构模型的快速优化,缩短了柴油机新型消声器的设计开发周期。(3)在新型消声器排气阻力性能的耦合研究方面,通过Fluent软件进行了新型消声器内部流场的模拟,获得了入口流速30m/s、40m/s、50m/s下速度场、压力场和湍动能场的变化,并完成了三种速度下新型消声器内外5个测点的气流再生噪声的预测。结果显示出耦合结构使新型消声器内气流速度快速降低,达到了预期降速效果,同时也有效控制了压力损失。耦合结构内部的湍动能主要发生在对冲区域,但湍流强度均不大。新型消声器气流再生噪声的声压级均随着入口气流速度的增大而增大,验证了再生噪声与气流速度降低的相关性。新型消声器出口测点的气流再生噪声均较小,说明耦合结构有效抑制了气流再生噪声。(4)利用内燃机排气消声器试验台完成了新型消声器的排气阻力性能和声学性能的试验验证。新型消声器入口速度30m/s、40m/s、50m/s下的压力损失试验结果显示,新型消声器入口气流速度越高,消声器内气流速度的降低越明显,相应压力损失的降低也越显著,验证了通过耦合结构降低消声器内部气流速度从而降低压力损失的原理。压力损失试验结果与模拟分析结论一致,相对误差在10%以内。通过两负载法完成了新型消声器和原机消声器传递损失的试验测试,结果显示测试频段内新型消声器传递损失的测量值与预测值吻合较好,相对误差在5%以内,验证了在消声器试验系统上采用两负载法能够准确地测试新型消声器的传递损失。新型耦合消声器传递损失的试验结果明显优于原机消声器。相比原机消声器,新型消声器0-2000Hz和0-200Hz频段传递损失的提高率分别为15.04%和35.37%。(5)新型消声器和原机消声器的拖拉机实车噪声、油耗试验结果显示,新型消声器的消声性能、排气阻力性能、燃油经济性均优于原机消声器,验证了新型消声器通过降低气流速度可以实现声学性能好、排气阻力低的综合目标。排气噪声试验中,新型消声器在怠速750r/min、加速1500r/min、额定转速2300r/min下2000Hz内的插入损失均值都高于原机消声器。新型消声器200Hz和50Hz内的插入损失均值为27.07dB和24.65dB,相比原机消声器分别提高了 33.94%和68.95%,发挥出了新型耦合结构低频降噪的优势。油耗试验中,怠速、加速、额定转速下,新型消声器的60s耗油量L和每小时耗油量G均低于原机消声器,平均油耗降低率为19.16%,进一步验证了新型消声器压力损失比原机消声器低的结论。研究结果为研发高效节能的柴油机新型排气消声器提供参考。