目前,内燃机仍是交通运输的主要动力装置。柴油机以其强劲的动力性能成为车辆、工程机械、农业机械等装备的主要动力设备。但柴油机较为突出的缺点是排气噪声大,而降低柴油机排气噪声最直接有效的方法就是安装排气消声器。柴油机性能的好坏与消声器性能的优劣直接相关,因此对排气消声器性能的研究尤为重要。排气消声器的性能主要包括空气动力性能、气流再生噪声性能和消声性能,这些性能与其结构参数紧密相关,因此通过消声器结构参数准确预测其性能的研究具有重要意义。为此,本文从新型分流气体对冲排气消声单元结构参数对其整体性能的影响规律为出发点,对基于消声单元结构参数和气流速度的压力损失模型、气流再生噪声模型和传递损失模型进行研究,同时对基于性能模型的多目标分流气体对冲排气消声单元结构优化进行研究,并在此基础上,对其综合性能进行研究。取得的主要结论如下:(1)以CG25单缸柴油机为样机,利用消声器设计经验公式确定了分流气体对冲排气消声单元的容积,依据消声器设计经验公式和各子单元之间最佳耦合关系,确定了分流气体对冲排气消声单元的主要结构参数。(2)利用单因素试验研究了内腔直径、对冲孔形状、对冲孔中心距、内腔分流单元锥角和对冲孔数五种结构参数对分流气体对冲排气消声单元压力损失和气流再生噪声的影响,找到了消声单元结构参数对压力损失和气流再生噪声总声压级的影响规律,为基于Box-Behnken试验的消声单元性能模型研究提供了参考。(3)通过Box-Behnken试验设计方案设计了分流气体对冲排气消声单元的压力损失试验、气流再生噪声总声压级试验和传递损失试验,以压力损失、气流再生噪声总声压级和0～1000Hz的平均传递损失为响应值,根据回归分析分别建立了压力损失、气流再生噪声总声压级和传递损失与试验因素(内腔直径A、对冲孔形状B、对冲孔中心距C、内腔分流单元锥角D、对冲孔数E、气流速度F)之间的数学回归模型,并通过试验验证了回归模型的准确性。(4)通过三维曲面图分析了试验因素间二阶交互作用对压力损失、气流再生噪声总声压级和传递损失的影响规律,结果表明:气流速度、内腔直径和对冲孔数是影响压力损失和气流再生噪声的主要因素,内腔直径和对冲孔中心距是影响传递损失的主要因素。随着气流速度的增大,压力损失和气流再生噪声显著增大。随着内腔直径的增大,压力损失和气流再生噪声先缓慢减小后快速增大,而传递损失呈增大趋势。随着对冲孔数的增加,压力损失和气流再生噪声显著减小;内腔直径在70～75mm时,随着对冲孔数的增加,传递损失先增大后减小;内腔直径在75～90mm时,随着对冲孔数的增加,传递损失呈增大趋势。对冲孔形状为矩形时,压力损失和气流再生噪声较小;对冲孔形状对传递损失的影响不明显。对冲孔中心距和内腔分流单元锥角的变化对压力损失和气流再生噪声影响较小。随着内腔分流单元锥角的增大,传递损失呈减小趋势。内腔直径在70～80mm之间时,对冲孔中心距从Smin变化到Smax时,传递损失先增大后减小;内腔直径在80～90mm之间时,对冲孔中心距从Smin变化到Smax时,传递损失呈减小趋势。(5)以压力损失、气流再生噪声总声压级和平均传递损失为优化指标,分别对压力损失模型、气流再生噪声总声压级模型和传递损失模型进行单目标优化,对优化前后的消声单元进行建模,以入口气流速度40m/s为例,通过数值模拟进行了对比研究,结果显示:优化后的消声单元压力损失降低了 55.20%、气流再生噪声总声压级降低了 14.04%、传递损失提高了 69.41%。(6)利用一维平面波理论,推导了分流气体对冲排气消声单元的传递矩阵数学模型,从理论上揭示了该消声单元的声学性能与结构参数间的关系。(7)通过回归模型、数值模拟和试验台试验对单目标优化后的消声单元的压力损失、气流再生噪声进行了研究,结果显示,回归模型计算值、数值模拟值和试验值之间的相对误差较小,进一步验证了压力损失回归模型和气流再生噪声总声压级回归模型的准确性。(8)对传统快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的交叉过程、变异过程和精英保留策略进行改进,提出了改进快速非支配排序遗传算法(Improved NSGA-Ⅱ),将Improved NSGA-Ⅱ算法应用于基于压力损失模型、气流再生噪声模型和传递损失模型的多目标分流气体对冲排气消声单元结构优化中,得到了 pareto最优解集,避免了传统求解时由于人为选取权重值对优化结果造成的影响。(9)以多目标优化后和优化前的消声单元为研究对象,通过数值模拟和试验对其压力损失、湍动能、声功率和气流再生噪声总声压级、传递损失和插入损失进行研究。结果显示:优化后消声单元的压力损失、湍动能、声功率和气流再生噪声总声压级、传递损失和插入损失均优于优化前。(10)对消声单元选定测点的气流再生噪声频谱进行了分析。结果显示:频率低于2000Hz时,随着频率的升高,消声单元内部各测点的气流再生噪声声压级逐渐降低;频率高于2000Hz时,气流再生噪声属于宽频噪声;消声单元外部噪声测点在频率0～1200Hz、1200～2400Hz、2400～3600Hz和3600～4800Hz四个频段内,声压级随着频率的升高呈先增大后减小的趋势,噪声能量主要集中在0～1200Hz频段内。以入口气流速度40m/s为例,对比分析了优化前后消声单元的气流再生噪声声压级频谱,发现优化前后的消声器单元测点处的频谱趋势基本一致,但优化后消声单元的声压级低于优化前的声压级,且声压级峰值降低较明显。(11)基于结构参数和气流速度的分流气体对冲排气消声单元的压力损失模型、气流再生噪声模型和传递损失模型可为该类消声单元的设计和理论优化提供依据。