從1907年波西提出渦輪增壓技術以來,由于渦輪增壓型內(nèi)燃機有增大功率、降低油耗和降低排放的絕對優(yōu)勢,目前絕大多數(shù)的內(nèi)燃機都是渦輪增壓增壓型內(nèi)燃機。隨著渦輪增壓技術的快速發(fā)展,增壓器轉速不斷提高,增壓壓比也不斷增大,增壓器引起的噪聲問題日趨嚴重。壓氣機作為增壓器主要噪聲源,它的噪聲主要有內(nèi)部氣體流動產(chǎn)生的氣動噪聲和因殼體振動產(chǎn)生的輻射噪聲。對壓氣機這兩部分噪聲進行計算和研究對低噪聲壓氣機優(yōu)化設計具有重要的指導意義。本文的重點工作內(nèi)容如下:(1)利用Fluent軟件,計算了壓氣機在5個工況下的穩(wěn)態(tài)流場,研究了葉輪、擴壓器和蝸殼部位的流動速度與壓力的分布特性,分析壓氣機內(nèi)部流動損失產(chǎn)生的部位和原因。同時為壓氣機噪聲的數(shù)值計算提供數(shù)據(jù)支撐。(2)基于寬帶噪聲模型和Morhing聲類比的混合法,計算并分析了壓氣機內(nèi)部噪聲源分布特性和噪聲聲壓級頻譜特性。研究結果表明:壓氣機的氣動噪聲主要是由葉輪和擴壓器內(nèi)部高度復雜的氣體湍流流動產(chǎn)生的,葉輪葉片噪聲功率高的區(qū)域分布在葉片前緣、葉頂間隙和葉片尾緣區(qū)域,而擴壓器葉片噪聲功率高的區(qū)域分布在葉片前緣,葉片尾緣噪聲功率較小。內(nèi)部氣動噪聲有明顯的離散頻譜特性,在轉速為30000r/min時,離散噪聲頻率出現(xiàn)在1階軸頻、3階軸頻、5階軸頻和1階葉頻處,離散噪聲聲壓級最大值出現(xiàn)在一階軸頻處。(3)基于Morhing聲類比的混合法和實驗方法,計算并分析了壓氣機在轉速為30000 r/min時殼體輻射噪聲的特性。研究結果表明:壓氣機蝸殼內(nèi)表面的聲學壓力波動是壓氣機殼體輻射噪聲的主要激勵源,即氣動噪聲是殼體輻射噪聲的主要來源,也是未來噪聲控制的重點。殼體輻射噪聲的離散噪聲頻率與氣動噪聲的離散噪聲頻率一致,離散噪聲聲壓級最大值出現(xiàn)在一階葉頻處,蝸殼結構起到了很好的隔聲作用。(4)利用寬帶噪聲模型,研究了葉輪主葉片前緣進口角參數(shù)變化對等熵效率和聲功率級的影響。研究結果表明:適當?shù)脑龃笄熬夁M口角,能提高壓氣機的等熵效率的同時降低壓氣機噪聲聲功率。根據(jù)研究結果,綜合考慮等熵效率及噪聲聲功率級兩個指標,優(yōu)化了前緣進口角參數(shù)。綜上所述,本文較為系統(tǒng)地研究了壓氣機氣動噪聲和殼體輻射噪聲的數(shù)值計算方法,分析了上述兩個噪聲聲場的分布特性和兩者之間的聯(lián)系。并以葉輪主葉片前緣進口角參數(shù)優(yōu)化為例,為低噪聲壓氣機結構的優(yōu)化設計提供了方法支撐。
【學位單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB53;TH45
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 本文的研究背景及意義
    1.2 本課題研究現(xiàn)狀
        1.2.1 壓氣機噪聲數(shù)值及實驗研究
        1.2.2 壓氣機噪聲控制研究
    1.3 本文研究方法與研究內(nèi)容
        1.3.1 本文研究方法
        1.3.2 本文研究內(nèi)容
    1.4 本章小結
第2章 離心壓氣機流場仿真及噪聲計算理論基礎
    2.1 引言
    2.2 計算流體動力學基本控制方程
        2.2.1 控制體
        2.2.2 質(zhì)量守恒方程
        2.2.3 動量守恒方程
        2.2.4 能量守恒方程
        2.2.5 狀態(tài)方程
    2.3 湍流時均控制方程
        2.3.1 雷諾時均法
        2.3.2 時均質(zhì)量守恒方程
        2.3.3 時均動量守恒方程
        2.3.4 主要湍流模型假設
        2.3.5 湍流粘性系數(shù)法
        2.3.6 兩方程k-ε模型
    2.4 計算流體力學的步驟
        2.4.1 建立控制方程
        2.4.2 控制方程離散
        2.4.3 邊界條件
        2.4.4 求解代數(shù)方程組
    2.5 離心壓氣機氣動聲學仿真的基本方法
        2.5.1 計算氣動聲學法
        2.5.2 寬帶噪聲模型
        2.5.3 混合法
    2.6 離心壓氣機殼體輻射噪聲計算
        2.6.1 蝸殼聲輻射計算
        2.6.2 蝸殼結構振動計算
    2.7 本章小結
第3章 離心壓氣機流場數(shù)值計算與分析
    3.1 引言
    3.2 離心壓氣機參數(shù)化模型的建立
        3.2.1 Bladegen與Turbogrid模塊簡介
        3.2.2 離心壓氣機的原始模型
        3.2.3 Spanwise放樣法
        3.2.4 原流體模型子午流道面的提取
        3.2.5 生成子午流道面流線
        3.2.6 提取葉片分段面
        3.2.7 導入Bladegen
        3.2.8 選擇葉片參數(shù)線
        3.2.9 調(diào)整子午面方向
        3.2.10 調(diào)整前緣與尾緣形狀
        3.2.11 生成參數(shù)化模型
        3.2.12 葉片參數(shù)控制
    3.3 離心壓氣機的網(wǎng)格劃分
        3.3.1 網(wǎng)格劃分工具的選擇
        3.3.2 網(wǎng)格生成結果
        3.3.3 網(wǎng)格無關性驗證
    3.4 離心壓氣機的流場數(shù)值方法
        3.4.1 湍流模型的選擇
        3.4.2 邊界條件
        3.4.3 收斂標準
    3.5 離心壓氣機的流場仿真結果
        3.5.1 仿真結果驗證
        3.5.2 離心壓氣機整體氣動性能分析
        3.5.3 葉輪區(qū)域流場分析
        3.5.4 擴壓器區(qū)域流場分析
        3.5.5 蝸殼區(qū)域流場分析
    3.6 本章小結
第4章 離心壓氣機氣動噪聲計算及分析
    4.1 引言
    4.2 基于寬帶噪聲模型壓氣機氣動噪聲計算與分析
        4.2.1 離心壓氣機整體聲學性能分析
        4.2.2 葉輪區(qū)域聲場特性分析
        4.2.3 擴壓器區(qū)域聲場特性分析
        4.2.4 蝸殼區(qū)域聲場特性分析
    4.3 基于Morhing聲類比的混合法壓氣機氣動噪聲計算與分析
        4.3.1 壓氣機氣動噪聲計算流程
        4.3.2 壓氣機氣動噪聲模型和邊界條件
        4.3.3 壓氣機氣動噪聲計算工況和方法
        4.3.4 氣動噪聲結果分析
    4.4 本章小結
第5章 離心壓氣機殼體輻射噪聲計算及分析與實驗研究
    5.1 引言
    5.2 壓氣機殼體輻射噪聲計算流程
    5.3 壓氣機殼體輻射噪聲模型和邊界條件
    5.4 壓氣機噪聲振動實驗
    5.5 殼體輻射噪聲計算結果分析
    5.6 振動噪聲實驗結果分析
    5.7 本章小結
第6章 葉輪主葉片前緣進口角對壓氣機流動及噪聲的影響研究
    6.1 引言
    6.2 前緣進口角的參數(shù)設計
    6.3 離心壓氣機網(wǎng)格
    6.4 數(shù)值方法和邊界條件
    6.5 結果分析
        6.5.1 流場結果分析
        6.5.2 聲場結果分析
        6.5.3 前緣進口角的優(yōu)化
    6.6 本章小結
第7章 總結與展望
    7.1 全文總結
    7.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文
致謝

【參考文獻】

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