不同管道参数弹性充液管道的声传播特性理论及实验研究

发布时间：2020-07-05 04:40

【摘要】：弹性充液管道系统通过传递质量流和能量流的方式在石油及化工等液体的运输、城市供水、水冷水暖系统乃至舰船内部构成等多方面有着广泛的应用。管道系统在应用中存在着噪声问题。前人对充液管道中声传播问题的研究相对较少,处理相关问题时经常采用充气管道声传播所得结论,但充气管道声传播的部分特性不能适用于充液管道中。因此,对弹性充液管道的声传播特性进行相关研究是有重要意义的。本文对弹性充液管道的液态管壁和弹性管壁两种情况下的截止频率进行了理论推导,并利用声学有限元软件ACTRAN对弹性充液管道的两种管壁模型进行了管中声场的仿真计算,从理论推导和仿真计算的结果对弹性充液管道的声传播特性进行了分析。以充液管道的各阶截止频率为主,对声波在管道中的轴向和径向传播规律进行了研究。同时进行了弹性充液管道的声传播特性实验研究,对外半径均为0.08m、壁厚从6.2mm到14.6mm不等的5根弹性充液管道的声传播特性进行了实验测试,结合实验结果分析了壁厚变化对弹性充液管道声传播特性的影响;同时对壁厚为9.6mm、外半径为0.125m和0.1m的弹性充液管道进行了实验测试,并根据测试结果分析了管径变化对声传播特性的影响。研究结果表明:弹性充液管道能传播频率高于一阶截止频率的声波,管道径向声场分布符合零阶贝塞尔函数的变化规律;改变管道参数会对弹性充液管道的声传播特性造成影响,管壁厚度增加会导致管道截止频率略有增加,同时声波的轴向传播特性会发生一定变化,管径尺度的减少会导致截止频率大幅度增加,通过改变管道参数的方式可以改变弹性充液管道的声传播特性,进而达到降噪的目的。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U171
【图文】：

k )=0代表频率，k 代表波数。弹性充液管道内声场理论推导液态管壁充液管道理论计算同于计算充气管道声场时能够应用绝对硬的边界条件，液体的特性阻抗因阻抗相差较小而不能忽略，充液管道的边界条件需要进一步分析确定。像的特性阻抗不能忽略的管道可以认为是弹性管道，根据管壁材质差异对充近似，当充液管道的管壁为较坚硬的材质，如钢、铜或铁等金属时，弹性视为液态管壁，简化计算[46]。设管道为置于真空中的无限长液态壁充液管道，管道外壁和内壁半径分，其模型如图 2.1 所示，设管内液体密度为0ρ ，声速为0c ；液态管壁密度1c 。

哈尔滨工程大学硕士学位论文是一个定值。zik ze 项决定了声波在轴向中的声场分布，当期性，说明声波能够沿轴向传播；当zk 为虚数时，位移向以指数形式衰减，无法在管中正常传播。贝塞尔函数径向分布，由零阶贝塞尔函数变化规律可知，距轴心越轴心距离不同点的声压差是可以计算的。管内的轴向与验中也会进行进一步的分析。管道各阶截止频率的数值计算管壁条件下充液管道的截止频率进行数值计算，假设度取 7.7mm，可以得到管道内半径 b 的值。管道材质为 应的参数取值为水的密度0ρ =10003kg /m ，水中声速0c9403kg /m ，管壁声速1c=1640 m /s 。利用 MATLAB 软件的曲线图，当本征函数取值为零时得到的即是管道的各结果如下图 2.2 所示：

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本文编号：2742100