借助流动声学数值模拟的阀门降噪研究

发布时间：2020-05-21 21:12

【摘要】：阀门是管路系统必不可少的控制元件,其流体动力噪声是舰船管路主要噪声源之一。阀门内流场优化是控制阀门流体动力噪声的有效途径,借助于阀门流体动力声学数值模拟的阀门噪声控制方法在近年来得到广泛应用和发展。本文采取CFD/CHA多步骤混合流声计算方法,应用CFD软件FLUENT和声学软件ACTRAN,对某型截止阀及其加装小孔消声装置的改进阀,在不同入口速度下的流场、等效声源场和声场进行了数值模拟和分析,获得了小孔消声装置对阀内流动声源的控制效果及其机理分析。通过数值模拟阀门流道对白噪声声源的响应,对两型阀门腔内声学共振特性进行了数值计算,并通过对比流动噪声频谱,得到了阀门腔内声共振特性对流动噪声的重要影响。通过在FLUENT软件中加UDF模块计算Lighthill方程右端源项,对阀门内等效声源场进行了便于工程应用的3D直观显示。通过对阀门纵向主截面速度分布进行本征正交分解(POD)分析,得到了流动的均流和各阶模态速度场,对阀内流动相干结构与流动声源之间的关系进行了深入研究,以分析噪声发生机理。
【图文】：

图 1-1 混合求解方法步骤Figure 1-1 The steps of hybrid computational methodCFD/CHA 多步骤混合方法主要可以分为两个步骤，其具体流程思路如图 1-1所示。第一步，使用非稳态雷诺平均方法(URANS)、大涡模拟方法(LES)或分离涡模拟方法(DES)对流场进行数值模拟并输出。第二步，将流场的计算结果使用流动噪声理论处理为声传播计算的声源，通过求解非齐次的三维波动方程求解声场。CFD/CHA 多步骤混合方法的优势在于流场与声场的求解解耦之后，流动计算仅仅只需覆盖声源区域，对于流动求解所需的计算资源急剧减小。缺点在于，该方法对于声源区的求解忽略了噪声对流动的影响，在声源区的声场结果偏离实际。1.3.3 流场分析方法为了清晰地认识湍流流动的结构，一系列针对湍流相干结构进行分析提取的方法被开发出来，其中比较有效的分析方法有拓扑分析方法、压力的海森矩阵分

以及动量方程： = + + 2 13 (2-6)粘性不可压缩流动的情况下，方程可以写作： = + (2-7)对于某些特定问题，根据实际条件给以特定的边界条件和初始条件，即可转化为一个偏微分方程组的定解问题。对于粘性不可压缩问题，由于式(2-7)的右端存在非线性项 ，在数学上很难得到其解析解。对于粘性流体的流动，根据雷诺数 的大小可以分为层流和湍流。两种形态的流动其性质截然不同。层流流动的特征是流体运动规则，，各个部分分层流动互不掺混。而湍流则完全相反，其流体运动极不稳定，各个部分相互剧烈掺混。针对层流问题，通过具体问题中对方程组的化简，可以得到比较好的解析结果。对于湍流问题，由于其流动极其不规则，很难使用数学方法获得解析结果。所以，对于湍流问题的 N-S 方程的求解需要借助数值模拟的方法。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U674.703

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1 徐号钟;借助流动声学数值模拟的阀门降噪研究[D];上海交通大学;2017年

本文编号：2674912