变截面管内三维流场及流固耦合噪声特性的模拟研究
发布时间：2021-03-10 09:13
变截面管道作为流体管路的重要组成部分,广泛应用于居民生活、建筑工程及军事装备中。但由于变截面管道两端的通流面积不同,在实际运行时会带来比较严重的噪声问题,不仅会对人体健康产生危害,而且还会对工业生产、居民生活和军事安全产生负面影响,故有必要对其噪声产生机理及变化规律进行深入研究。本文首先针对国标尺寸下三种不同管径比的变截面管建立三维数值计算模型,并对其几何模型进行网格划分,采用Fluent软件,选用LES方法和FW-H方程,对变截面管内流场与辐射声场进行数值模拟,通过数值计算与实验结果的对比验证了数值模拟方法的准确性。其次,对不同工况下变截面管内压力场与速度场的分布特性进行定性和定量研究,获得了管内横截面平均压力和平均速度随变径角（φ）、入口流速（v）和管径比（λ）的变化规律。在此基础上,引入声源强度作为评价指标,研究了变截面管内的声源特性的分布及演变规律,发现变截面管内噪声主要产生区域在变径处。此外,基于流场分析结果,对变工况下变截面管的声场进行了研究,结果表明:管内流动噪声以200Hz以下的低频噪声为主。在额定流速（v=3m/s）条件下,随着管径比（λ）增加,流动噪声总声压级逐渐减...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３－２?．变截面管）．＝０．５初始工况示意图??２８??
?变截面管三维计算模型及数值仿真方法???，＞丨??图３－３变截面管简化计算模型??３．２网格划分??本文的网格划分工作在ＣＦＤ前处理软件ＩＣＥＭ中完成，ＩＣＥＭ主要提供了??两大类网格划分的方法：（１）按预设的求解节点自动网格划分（２）基于附加块??的网格划分。前者操作简单，只需设置计算域和给定网格尺寸就可以自动生成非??结构化网格，这种方法网格划分的节点比较灵活，能够应付比较复杂的几何模型，??但是网格的质量无法保证，大多需要进行网格修补，对计算的精确性有较大的影??响且计算时需要更多的计算内存［８８］。后者网格划分方法首先是创建反映实体特??征的块，然后确定块上的节点分布，关联块与实体的点线面，把块的节点映射到??实体上，最后给定网格尺寸大小，进行局部调整，输出结构化网格。这种方法生??成的网格基本完全贴合实体模型，网格形状规整且质量较高，但是需要大量的人??工操作，在一些复杂结构中划分难度较大。??本研宂中模型几何结构比较简单且具有对称性，所以流场区域的网格划分采??用网格质量较好的六面体结构化网格，变截面管的初始模型网格划分情况如图３－??４所示，图３－４?（ａ）和３－４?（ｂ）为进出口网格划分图，图３－４?（ｃ）为模型整体网??格划分图，图３－４?（ｄ）为计算模型网格边界层加密示意图。为了保证网格质量，??选定几何模型的进口与出口进行０型剖分，且对管道壁面的计算边界层进行加??密划分，在划分边界层前首先需要确定第一层网格的高度，其计算公式如下，??３０??
?变截面管三维计算模型及数值仿真方法???＝＾５Ｊ－?３＿＿ｔ＿??ｋｉ通?ｉＳｔａ顧！?＿?丨＂．ｉ：；；：：：：占Ｈ：三三：三ｉ：?？??ｊ?ｊｉｄ＾ｘｎｌｉｉｒｎｉＬｍ??，＾ｉ??（ｄ）边界层网格加密示意图??图３－４网格划分图??３．３物性参数与边界条件??在ＣＦＤ数值模拟软件计算前，先要给定计算区域内的物性参数与边界条件，??这两者设置的准确与否直接影响计算结果的准确性。??３．３．１物性参数??本文的模拟内容主要包括变截面管道内的流场与管道外的声场两部分，管内??流场的工作介质为水，管外为空气，其物性参数如下表３－３与３－４所示。??表３－３水的物性参数??密度?声速?运动粘度?动力粘度??（ｋｇ／ｍ３）?（ｍ／ｓ）?（ｍ２／ｓ）?（Ｐａｓ）??１０００?１５００?１．２ｘｌ〇－６?１．００２ｘｌ〇－３??表３－４空气的物性参数??密度?声速?运动粘度?动力粘度?参考声压??（ｋｇ／ｍ３）?（ｍ／ｓ）?（ｍ２／ｓ）?（Ｐａｓ）?（Ｐａ）??１．２２５?３４０?１３．２８ｘｌ〇－６?１７．２ｘ１?Ｏ＇６?２＞＜ｌ〇－５??３．３．２边界条件??边界条件是数值模拟计算中十分重要的一个环节，也是求解控制方程有确定??解的前提，求解任何问题，都需要给定边界条件。边界条件的处理，直接影响计??３２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车噪声来源分析及降低噪声方法的研究[J]. 陈晔. 内燃机与配件. 2019(21)
[2]某燃气电厂燃机进气管道噪声控制工程实例解析[J]. 苏宏兵,刘大鹏,聂美园,王五清. 中国环保产业. 2019(10)
[3]气液两相流管道流动背景噪声分析研究[J]. 纪健. 油气田地面工程. 2019(S1)
[4]气动声学和流动噪声发展综述:致初学者[J]. 钟思阳,黄迅. 空气动力学学报. 2018(03)
[5]输气站场T形三通流噪声的模拟预测[J]. 李钦,马志荣,祝守丽. 油气储运. 2018(06)
[6]轴流泵装置出水流道内流脉动与流动噪声试验分析[J]. 杨帆,高慧,刘超,赵浩儒,汤方平. 农业机械学报. 2018(03)
[7]高层住宅室内排水管道噪声比对试验研究[J]. 张哲,赵珍仪,高彬,杨鹏辉. 中国给水排水. 2017(21)
[8]流激噪声数值计算方法及声学积分面影响性研究[J]. 张楠,王星,谢华,李亚. 船舶力学. 2016(07)
[9]变截面管道流噪声数值计算[J]. 赵威,彭旭,陈明,李奇. 噪声与振动控制. 2016(03)
[10]输液管道流固耦合有限元分析[J]. 齐欢欢,姜乃斌,黄旋. 机械工程师. 2016(01)
博士论文
[1]考虑声固耦合的管道噪声控制技术研究[D]. 赵晓臣.哈尔滨工程大学 2016
[2]考虑流固耦合的管路系统振动噪声及特性研究[D]. 李艳华.哈尔滨工程大学 2011
[3]声辐射预估理论及其应用研究[D]. 刘志红.青岛理工大学 2010
[4]船舶管路布局优化方法及应用研究[D]. 范小宁.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]动叶可调轴流风机内流特性及气动噪声的数值模拟研究[D]. 汪坤.山东大学 2019
[2]基于声固耦合的装载机驾驶室结构噪声研究[D]. 刘智勇.山东大学 2019
[3]空调风管系统声学特性研究[D]. 张坻.湖南科技大学 2017
[4]船舶管路气动噪声数值模拟及优化设计[D]. 许冬.大连理工大学 2015
[5]基于流场、声源场、声场精细分析的水动力声学研究[D]. 徐俊.上海交通大学 2014
[6]基于IMO新标准的船舶舱室噪声研究[D]. 陈实.大连理工大学 2013
[7]管路的流致振动及噪声研究[D]. 郭涛.华中科技大学 2012
[8]流固耦合作用下载流管道声场分析[D]. 李晨阳.华中科技大学 2011
[9]气液混输管道声学检测及安全运行研究[D]. 钱小平.中国石油大学 2010
[10]变截面管道内流噪声预报与实验测量研究[D]. 吕景伟.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3074430
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３－２?．变截面管）．＝０．５初始工况示意图??２８??
?变截面管三维计算模型及数值仿真方法???，＞丨??图３－３变截面管简化计算模型??３．２网格划分??本文的网格划分工作在ＣＦＤ前处理软件ＩＣＥＭ中完成，ＩＣＥＭ主要提供了??两大类网格划分的方法：（１）按预设的求解节点自动网格划分（２）基于附加块??的网格划分。前者操作简单，只需设置计算域和给定网格尺寸就可以自动生成非??结构化网格，这种方法网格划分的节点比较灵活，能够应付比较复杂的几何模型，??但是网格的质量无法保证，大多需要进行网格修补，对计算的精确性有较大的影??响且计算时需要更多的计算内存［８８］。后者网格划分方法首先是创建反映实体特??征的块，然后确定块上的节点分布，关联块与实体的点线面，把块的节点映射到??实体上，最后给定网格尺寸大小，进行局部调整，输出结构化网格。这种方法生??成的网格基本完全贴合实体模型，网格形状规整且质量较高，但是需要大量的人??工操作，在一些复杂结构中划分难度较大。??本研宂中模型几何结构比较简单且具有对称性，所以流场区域的网格划分采??用网格质量较好的六面体结构化网格，变截面管的初始模型网格划分情况如图３－??４所示，图３－４?（ａ）和３－４?（ｂ）为进出口网格划分图，图３－４?（ｃ）为模型整体网??格划分图，图３－４?（ｄ）为计算模型网格边界层加密示意图。为了保证网格质量，??选定几何模型的进口与出口进行０型剖分，且对管道壁面的计算边界层进行加??密划分，在划分边界层前首先需要确定第一层网格的高度，其计算公式如下，??３０??
?变截面管三维计算模型及数值仿真方法???＝＾５Ｊ－?３＿＿ｔ＿??ｋｉ通?ｉＳｔａ顧！?＿?丨＂．ｉ：；；：：：：占Ｈ：三三：三ｉ：?？??ｊ?ｊｉｄ＾ｘｎｌｉｉｒｎｉＬｍ??，＾ｉ??（ｄ）边界层网格加密示意图??图３－４网格划分图??３．３物性参数与边界条件??在ＣＦＤ数值模拟软件计算前，先要给定计算区域内的物性参数与边界条件，??这两者设置的准确与否直接影响计算结果的准确性。??３．３．１物性参数??本文的模拟内容主要包括变截面管道内的流场与管道外的声场两部分，管内??流场的工作介质为水，管外为空气，其物性参数如下表３－３与３－４所示。??表３－３水的物性参数??密度?声速?运动粘度?动力粘度??（ｋｇ／ｍ３）?（ｍ／ｓ）?（ｍ２／ｓ）?（Ｐａｓ）??１０００?１５００?１．２ｘｌ〇－６?１．００２ｘｌ〇－３??表３－４空气的物性参数??密度?声速?运动粘度?动力粘度?参考声压??（ｋｇ／ｍ３）?（ｍ／ｓ）?（ｍ２／ｓ）?（Ｐａｓ）?（Ｐａ）??１．２２５?３４０?１３．２８ｘｌ〇－６?１７．２ｘ１?Ｏ＇６?２＞＜ｌ〇－５??３．３．２边界条件??边界条件是数值模拟计算中十分重要的一个环节，也是求解控制方程有确定??解的前提，求解任何问题，都需要给定边界条件。边界条件的处理，直接影响计??３２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车噪声来源分析及降低噪声方法的研究[J]. 陈晔. 内燃机与配件. 2019(21)
[2]某燃气电厂燃机进气管道噪声控制工程实例解析[J]. 苏宏兵,刘大鹏,聂美园,王五清. 中国环保产业. 2019(10)
[3]气液两相流管道流动背景噪声分析研究[J]. 纪健. 油气田地面工程. 2019(S1)
[4]气动声学和流动噪声发展综述:致初学者[J]. 钟思阳,黄迅. 空气动力学学报. 2018(03)
[5]输气站场T形三通流噪声的模拟预测[J]. 李钦,马志荣,祝守丽. 油气储运. 2018(06)
[6]轴流泵装置出水流道内流脉动与流动噪声试验分析[J]. 杨帆,高慧,刘超,赵浩儒,汤方平. 农业机械学报. 2018(03)
[7]高层住宅室内排水管道噪声比对试验研究[J]. 张哲,赵珍仪,高彬,杨鹏辉. 中国给水排水. 2017(21)
[8]流激噪声数值计算方法及声学积分面影响性研究[J]. 张楠,王星,谢华,李亚. 船舶力学. 2016(07)
[9]变截面管道流噪声数值计算[J]. 赵威,彭旭,陈明,李奇. 噪声与振动控制. 2016(03)
[10]输液管道流固耦合有限元分析[J]. 齐欢欢,姜乃斌,黄旋. 机械工程师. 2016(01)
博士论文
[1]考虑声固耦合的管道噪声控制技术研究[D]. 赵晓臣.哈尔滨工程大学 2016
[2]考虑流固耦合的管路系统振动噪声及特性研究[D]. 李艳华.哈尔滨工程大学 2011
[3]声辐射预估理论及其应用研究[D]. 刘志红.青岛理工大学 2010
[4]船舶管路布局优化方法及应用研究[D]. 范小宁.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]动叶可调轴流风机内流特性及气动噪声的数值模拟研究[D]. 汪坤.山东大学 2019
[2]基于声固耦合的装载机驾驶室结构噪声研究[D]. 刘智勇.山东大学 2019
[3]空调风管系统声学特性研究[D]. 张坻.湖南科技大学 2017
[4]船舶管路气动噪声数值模拟及优化设计[D]. 许冬.大连理工大学 2015
[5]基于流场、声源场、声场精细分析的水动力声学研究[D]. 徐俊.上海交通大学 2014
[6]基于IMO新标准的船舶舱室噪声研究[D]. 陈实.大连理工大学 2013
[7]管路的流致振动及噪声研究[D]. 郭涛.华中科技大学 2012
[8]流固耦合作用下载流管道声场分析[D]. 李晨阳.华中科技大学 2011
[9]气液混输管道声学检测及安全运行研究[D]. 钱小平.中国石油大学 2010
[10]变截面管道内流噪声预报与实验测量研究[D]. 吕景伟.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：3074430
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