大型船用轴流风机气动噪声特性及降噪机理研究

发布时间：2017-09-09 14:53

  本文关键词：大型船用轴流风机气动噪声特性及降噪机理研究

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【摘要】：大型船用轴流风机作为船舶舱室通风换气的关键设备,广泛应用于大型船舶舱室,向舱室内输送空气。气动噪声作为轴流风机的主要噪声源,成为评估风机性能的重要指标之一。因此,有效降低轴流风机的气动噪声十分必要。本文以某大型船用轴流风机为原型,运用数值模拟及实验的方法,研究了穿孔叶片对大型船用轴流风机气动性能及噪声的影响,并设计了一种新型叶片穿孔式轴流风机,分析了叶片穿孔式轴流风机噪声降低的主要机理,为降低大型船用轴流风机的噪声提供参考。本文的研究工作及成果主要有以下几个方面:1、选取UG NX7.0作为本文建模所采用的三维建模软件,介绍了软件的常用功能模块以及产品设计流程,并运用UG NX7.0软件对大型船用轴流风机叶轮进行三维建模。2、利用CFD软件建立了某型船用轴流风机内部流场的仿真模型,分析了转速1460rpm时,不同工况下轴流风机出口压力和效率随流量的变化关系,深入研究了叶轮区域的气体流动的压力和速度的分布、形成过程及相互关系。分析发现,在叶片叶顶区域,由叶顶间隙涡形成的叶顶间隙噪声是该轴流风机的主要气动噪声源;湍流强度与声功率级具有较为一致的分布趋势,湍流强度是影响噪声分布的重要因素。3、在前文稳态计算的基础上,对大型船用轴流风机进行了穿孔设计,建立非稳态计算模型,通过数值模拟确定了最佳的穿孔参数,同时研究了穿孔参数对于噪声降低的影响,发现随着穿孔直径的增加,总噪声级呈波动分布特性,而当穿孔直径确定时,总噪声级随着穿孔偏转角的增大而降低,呈线性变化规律;根据声波的相干性,可以用声波的干涉现象来合理解释这一现象。并搭建了大型船用轴流风机的性能测试实验台和噪声测试系统,对风机性能及噪声进行了测试,通过分析,验证了仿真模拟的结果。4、通过对风机内部流动特性及监测点处噪声频谱的分析,研究了叶片穿孔式大型船用轴流风机的降噪机理。通过对风机流道内部流线分布、叶片表面静压分布、流场内部涡量分布、流道内噪声分布及叶顶间隙处噪声频谱的分析可以发现,穿孔后,风机内部流场的流动有所改善,抑制了流动的分离和回流的产生,并抑制了叶片尾缘的涡流脱落,从而噪声降低。
【关键词】：大型船用轴流风机 数值模拟 实验研究 穿孔叶片 降噪机理
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.51
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 选题的理论意义和实用价值12
• 1.2 本课题国内、外研究现状与发展趋势12-17
• 1.2.1 叶轮机械气动声学特性研究发展与现状12-16
• 1.2.2 大型船用轴流风机降噪机理的国内外研究现状16-17
• 1.3 课题研究内容与研究方法17-20
• 1.3.1 研究方法17
• 1.3.2 研究内容17-20
• 第2章 大型船用轴流风机三维模型的建立20-28
• 2.1 UG NX7.0 软件介绍20-21
• 2.1.1 UG NX7.0 软件的常用功能模块20
• 2.1.2 基于UG NX7.0 的产品设计流程20-21
• 2.2 基于UG软件轴流风机叶轮的三维模型建立21-26
• 2.2.1 风机叶轮叶片的创建21-25
• 2.2.2 风机叶轮轮毂的创建25
• 2.2.3 风机叶轮的组装25-26
• 2.3 本章小结26-28
• 第3章 大型船用轴流风机流场数值模拟及其气动噪声源特性分析28-44
• 3.1 大型船用轴流风机流场数值模拟28-31
• 3.1.1 创建计算域28-29
• 3.1.2 网格划分29-30
• 3.1.3 边界条件设定30-31
• 3.1.4 数值模拟计算方法31
• 3.2 流场数值模拟结果分析31-39
• 3.2.1 静态特性计算结果分析31-32
• 3.2.2 压力场数值模拟结果分析32-36
• 3.2.3 速度场数值模拟结果分析36-39
• 3.3 气动噪声源特性数值预测分析39-42
• 3.3.1 气动噪声数值预测模型39-40
• 3.3.2 气动噪声源特性模拟结果分析40-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第4章 大型船用轴流风机叶片穿孔设计及实验研究44-58
• 4.1 非稳态计算模型与数值模拟方法44-45
• 4.1.1 计算模型及计算域44
• 4.1.2 非稳态数值计算方法44-45
• 4.2 大型船用轴流风机叶片穿孔设计45-48
• 4.2.1 穿孔位置的确定45-47
• 4.2.2 穿孔参数的选择47-48
• 4.3 实验系统及工作原理48-50
• 4.3.1 性能测试系统及工作原理48-49
• 4.3.2 噪声测试系统及工作原理49-50
• 4.4 实验内容与方案50-55
• 4.4.1 实验目的50-51
• 4.4.2 实验器材与设备51-55
• 4.4.3 实验内容及方法55
• 4.5 实验数据与结果55-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第5章 叶片穿孔式大型船用轴流风机降噪机理分析58-64
• 5.1 穿孔叶片降噪机理分析58-61
• 5.1.1 速度流线分布对噪声产生的影响58-59
• 5.1.2 叶片表面静压分布对噪声产生的影响59-60
• 5.1.3 涡量分布对噪声产生的影响60-61
• 5.2 气动噪声特性分析61-62
• 5.2.1 风机流道内噪声分布特性61-62
• 5.2.2 叶顶间隙噪声频谱分析62
• 5.3 本章小结62-64
• 总结与展望64-66
• 6.1 全文总结64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录70-71
• 致谢71

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本文编号：821090