内燃机燃烧噪声：三维波动方程在声学计算中的应用

内燃机燃烧过程中缸内气体的声学计算分析是一项重要的研究课题，主要针对的是内燃机燃烧过程中伴随的压力振荡现象及其与燃烧噪声的关系。该研究由韦静思、舒歌群和卫海桥等人在天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室开展，他们将焦点放在了强非稳态非线性范畴内的声学计算上。 内燃机燃烧噪声的产生主要源于压力振荡，这种振荡受多种因素影响，如燃料类型、燃烧室设计、喷油策略等，因此其复杂性使得实时计算燃烧噪声的手段尚未成熟。为了揭示燃烧噪声的产生机制，研究人员借助KIVA计算模型推导出三维波动方程，并将其与源程序结合，实现了对燃烧过程中的声学振荡和声学激励项的精确模拟。 研究中，通过对一台点燃式内燃机的计算，研究人员揭示了燃烧过程中声学振荡的动态演变过程以及各声源随曲轴转角变化的特性。他们细致分析了不同声源对气缸压力波动的影响，探讨了燃烧室声学振荡的规律。燃烧噪声的大小主要取决于压力的增长率和最大压力增长率持续的时间，压力波动的剧烈程度直接影响到发动机噪声的强度。 当前，对于已运行的内燃机，噪声控制主要侧重于噪声源的测量、识别和分离，以及对发动机部件进行优化设计。然而，更先进的方法是提前在设计阶段通过有限元方法、边界元方法等进行噪声预测，以降低噪声辐射。然而，这些方法在处理中高频噪声方面可能有所局限，因此统计能量法作为一种补充，通过能量流关系式分析复合谐振结构的动力特性，有助于更全面地理解内燃机噪声的来源。 这项研究不仅深化了对内燃机燃烧噪声生成机理的理解，还提供了有效的声学计算工具，为内燃机噪声控制和优化设计提供了理论支持，对于提高内燃机的环境友好性和舒适性具有重要意义。