舰艇通风管路噪声计算方法及降噪技术研究
发布时间：2020-05-15 17:12
【摘要】：随着新一轮军事技术革命,未来战场环境正在由三维向多维转变,舰艇隐身性能已成为一项战略性的指标,其中声隐身性能是舰艇隐身性能的重要组成部分。研究表明,舰艇的噪声信号可以在远达数十至上百公里外被探测到,噪声每下降10dB,则可探测距离会缩小1/3,可见噪声已严重影响了舰艇声隐身性能。除了对舰艇声隐身性能的影响,舰艇的噪声也会对舰员的身心健康与舰艇上生活和工作产生不同程度的影响,此外,强烈的噪声还会导致舰艇装备和舰艇结构的声疲劳,轻则影响舰艇的服役年限,重则可能导致灾难性事故发生。舰艇是一个复杂的噪声体,包括机械噪声、机桨噪声、水动力噪声和气动噪声等,其中通风管路的气动噪声是舰艇总体噪声的主要来源之一,因此研究通风管路的气动噪声及降噪方法具有重要的军事意义,特别是对服役时间较长,噪声较高的在役舰艇,如何评估舰艇的气动噪声水平以及对噪声进行有效抑制,是海军现役舰艇性能升级改造的重要研究内容。本文以舰艇通风系统的通风管路为研究对象,对通风管路的气动噪声产生机理和影响因素进行理论分析,以典型的环形通风管路为例进行仿真模拟;参考理论分析和仿真模拟的结果开展噪声抑制技术研究,主要内容及结论为:1、理论上分析了舰艇通风管路气动噪声产生的机理和影响气动噪声的因素。分析结果表明,通风管路的噪声源主要为分布在壁面的偶极子噪声源,并且管路内的气流速度和管路的横截面积对气动噪声有直接影响。2、以典型的舰艇环形通风管路为例,在PRO/E环境下建立通风管路的三维模型,然后在ICEM CFD环境下对三维模型进行网格划分,最后在FLUENT环境下分别对不同流速和不同横截面积的通风管路进行仿真分析。仿真结果表明,通风管路的气动噪声属于中低频噪声,噪声水平与速度成正比,与横截面积也成正比,而且速度对气动噪声的影响水平要高于横截面积对气动噪声的影响水平。3、研究了基于膨胀腔消声器的舰艇通风管路降噪方法。首先分析了简单膨胀腔消声器的消声性能以及影响消声性能的因素,然后对比分析了内插管式膨胀腔消声器的消声性能以及影响消声性能的因素,最后确定了加装带有前后内插管式的膨胀腔消声器的方案并在FLUENT环境下对方案进行了仿真验证,结果表明,加装带有前后内插管式的膨胀腔消声器后通风管路的噪声降低了9.1 dB,降噪比达到了10%,降噪效果明显。论文研究方法与研究结论可为舰艇气动噪声评估与抑制改进提供参考。
【图文】：
西安电子科技大学硕士学位论文用了加装穿孔结构的方法，其基本结构如图 1.3(b)、(c)所示。工程技术专家对工程上常用的直通穿孔管[40，41]、阻流式穿孔管[42]以及三通穿孔管[43]等不同穿孔结构的膨胀腔消声器进行了大量的实践分析。实践分析表明无论何种穿孔结构，穿孔管的穿孔率、穿孔直径、穿孔管的管壁厚度、空气温度以及不同温度下的不同空气动力粘度都是影响消声器的因素[44]。Melling[45]、Sullivan[44，46，47]、Mechelm、Lee[48]、康钟绪[49]等人基于大量的工程实验给出了穿孔管的穿孔率、穿孔直径、穿孔管的管壁厚度、空气温度以及不同温度下的不同空气动力粘度的经验关系式。大量的实践经验表明对于穿孔管膨胀腔消声器，如果穿孔管的穿孔率超过 1/4 时，无论何种穿孔管只起到导流作用，对降噪几乎没有帮助，而当穿孔率低于 1/4 时，随着穿孔率的降低穿孔管膨胀腔消声器的效果越好[50]。除了上面所说的穿孔管结构，使用内插管[51]、回流腔[52， 53]、侧枝共振腔[36]、多腔室联合[54]等结构，膨胀腔消声器的通过频率也能等到很好地控制。然而受制于膨胀腔消声器的体积，在工程实际中的应用一般由安装消声器的实际空间决定。
管的缺点和赫姆霍兹共振器的缺点一样[36]。Selamet[57]通过对噪声声压和空气流速的理论分析，提出了平面波在 H-Q 管传播时的理论公式。对于 H-Q 管而言，主管路和旁通管路的长度差直接决定了传递损失峰值的大小。在两种情况下 H-Q 管的传递损失会达到共振峰值，一是当主管路和旁通管路的长度差值为声波一半波长的奇数倍时，第二个交叉点处来自主管路和旁通管路内的噪声声波相位刚好相反从而干涉抵消；二是当主管路和旁通管路长度为声波波长的整数倍时，声波的传播会在主管路和旁通管路构成的回路内形成循环，导致第二个交叉点处传递声波能量为 0。而 H-Q 管传递损失的整体幅值与主管路和旁通管路的长度差值无关，但会随着旁通管路和主管路的横截面积比的减小而增大。Torregrosa[58]等人通过传递矩阵法的分析发现均匀的空气流动对简单 H-Q 管传递损失的整体幅值没有影响，，仅改变了传递损失峰值的位置。Karlsson[59]在空气流动状态下建立了复杂 H-Q 管的声学有限元模型，着重研究了传递损失峰值形成的原理，并通过实验进行了论证，但遗憾的是在空气流动状态下简化后的模型与实际中的相差较大，从而致使空气流动状态下的实际测量结果与理论分析数值存在较大的差异。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.7
【图文】：
西安电子科技大学硕士学位论文用了加装穿孔结构的方法，其基本结构如图 1.3(b)、(c)所示。工程技术专家对工程上常用的直通穿孔管[40，41]、阻流式穿孔管[42]以及三通穿孔管[43]等不同穿孔结构的膨胀腔消声器进行了大量的实践分析。实践分析表明无论何种穿孔结构，穿孔管的穿孔率、穿孔直径、穿孔管的管壁厚度、空气温度以及不同温度下的不同空气动力粘度都是影响消声器的因素[44]。Melling[45]、Sullivan[44，46，47]、Mechelm、Lee[48]、康钟绪[49]等人基于大量的工程实验给出了穿孔管的穿孔率、穿孔直径、穿孔管的管壁厚度、空气温度以及不同温度下的不同空气动力粘度的经验关系式。大量的实践经验表明对于穿孔管膨胀腔消声器，如果穿孔管的穿孔率超过 1/4 时，无论何种穿孔管只起到导流作用，对降噪几乎没有帮助，而当穿孔率低于 1/4 时，随着穿孔率的降低穿孔管膨胀腔消声器的效果越好[50]。除了上面所说的穿孔管结构，使用内插管[51]、回流腔[52， 53]、侧枝共振腔[36]、多腔室联合[54]等结构，膨胀腔消声器的通过频率也能等到很好地控制。然而受制于膨胀腔消声器的体积，在工程实际中的应用一般由安装消声器的实际空间决定。
管的缺点和赫姆霍兹共振器的缺点一样[36]。Selamet[57]通过对噪声声压和空气流速的理论分析，提出了平面波在 H-Q 管传播时的理论公式。对于 H-Q 管而言，主管路和旁通管路的长度差直接决定了传递损失峰值的大小。在两种情况下 H-Q 管的传递损失会达到共振峰值，一是当主管路和旁通管路的长度差值为声波一半波长的奇数倍时，第二个交叉点处来自主管路和旁通管路内的噪声声波相位刚好相反从而干涉抵消；二是当主管路和旁通管路长度为声波波长的整数倍时，声波的传播会在主管路和旁通管路构成的回路内形成循环，导致第二个交叉点处传递声波能量为 0。而 H-Q 管传递损失的整体幅值与主管路和旁通管路的长度差值无关，但会随着旁通管路和主管路的横截面积比的减小而增大。Torregrosa[58]等人通过传递矩阵法的分析发现均匀的空气流动对简单 H-Q 管传递损失的整体幅值没有影响，，仅改变了传递损失峰值的位置。Karlsson[59]在空气流动状态下建立了复杂 H-Q 管的声学有限元模型，着重研究了传递损失峰值形成的原理，并通过实验进行了论证，但遗憾的是在空气流动状态下简化后的模型与实际中的相差较大，从而致使空气流动状态下的实际测量结果与理论分析数值存在较大的差异。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.7
【参考文献】
相关期刊论文 前8条
1 李晓东;江e
本文编号：2665371
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/chuanbolw/2665371.html
