船舶排气系统的性能分析及优化设计

发布时间：2017-07-16 10:27

  本文关键词：船舶排气系统的性能分析及优化设计

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【摘要】：船舶排气系统直接影响到全船的动力性、经济性和舒适性,船舶噪声不仅影响船上人员的健康,而且还会引起船上设备疲劳损坏,并且降低船舶的使用年限。船舶的主要辐射声源是主机噪声,主机的最大噪声源来自排气噪声,当前采取的主要措施是在排气系统中安装消声器来控制排气噪声。在排气系统中安装消声器,会使系统压力损失增大,造成柴油机动力性和经济性的下降。因此,对排气系统声学性能与气体动力性能研究就非常重要。早期的船舶消声器研究主要靠实验和经验公式相结合,设计周期长成本高,并且传统的一维平面波理论以及用传递矩阵的算法具有较大误差。随着计算科学的发展,运用专业软件对消声器进行三维数值计算具有良好的优势,是排气系统分析以及消声器结构优化的可靠方法。本文在详细研究气动噪声的声学理论和流体动力学的前提下,以某实船主机排气系统为研究对象,分别建立了声学和流场有限元计算模型,应用声学分析软件LMS Virtual.Lab及计算流体力学软件FLUENT仿真计算了传递损失和压力损失,得到了其消声器声压分布、压力和流速分布情况。分别对排气系统的排气出口噪声和压力损失进行试验测量,试验数据与数值模拟结果相对一致,证明了数值计算的有效性,并且对原排气系统的消声特性和空气动力性能进行了分析和评价,传递损失曲线看出在大部分频率消声效果不理想,对原有结构设计不合理处提出切实的三种改进方案,对改进后的消声器进行模拟仿真,结果表明改进后的消声器在较宽频带的消声效果有所改善,并且排气系统压力损失在标准范围内,为船舶排气系统的性能设计提供了重要指导意义和实用价值。
【关键词】：排气系统 消声器 声学性能 空气动力性能 优化设计
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.81
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 引言10-16
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 研究现状11-14
• 1.2.1 排气系统消声器研究11-12
• 1.2.2 排气噪声的构成12-14
• 1.2.3 排气噪声的影响因素14
• 1.3 本文研究的主要内容14-15
• 1.4 仿真软件介绍15-16
• 1.4.1 LMS Virtual.Lab软件介绍15
• 1.4.2 FLUENT软件介绍15-16
• 第2章 排气系统理论基础16-29
• 2.1 气动声学基础16-22
• 2.1.1 声学基本概念16-17
• 2.1.2 声源分类及声波性质17-19
• 2.1.3 声波方程19-21
• 2.1.4 声学有限元法及其基本思想21-22
• 2.2 计算流体力学理论基础22-25
• 2.2.1 计算流体力学基本方程22-24
• 2.2.2 有限体积法及其基本思想24-25
• 2.2.3 网格生成方法25
• 2.3 消声器消声原理和分类25-26
• 2.4 消声器性能评价26-28
• 2.4.1 声学性能26-27
• 2.4.2 空气动力性能27-28
• 2.4.3 气流再生噪声性能28
• 2.4.4 结构性能28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 排气系统性能分析29-40
• 3.1 排气系统性能试验29-32
• 3.1.1 试验目的29
• 3.1.2 排气系统压力损失试验29
• 3.1.3 排气系统噪声试验29-32
• 3.2 排气系统布置及消声器结构32-33
• 3.3 原排气系统性能仿真分析33-39
• 3.3.1 声学性能仿真分析33-35
• 3.3.2 空气动力性能仿真分析35-37
• 3.3.3 综合性能评价37-38
• 3.3.4 排气噪声数据对比分析38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 排气消声器选型及优化设计40-51
• 4.1 消声器选型40-41
• 4.2 消声器结构优化及仿真分析41-49
• 4.2.1 改进方案A41-43
• 4.2.2 改进方案B43-46
• 4.2.3 改进方案C46-49
• 4.3 改进方案综合性能评价49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 结论与展望51-53
• 5.1 结论51
• 5.2 展望51-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-56
• 在学期间的科研成果情况56

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