借助流動(dòng)聲學(xué)數(shù)值模擬的閥門(mén)降噪研究
發(fā)布時(shí)間：2020-05-21 21:12
【摘要】：閥門(mén)是管路系統(tǒng)必不可少的控制元件,其流體動(dòng)力噪聲是艦船管路主要噪聲源之一。閥門(mén)內(nèi)流場(chǎng)優(yōu)化是控制閥門(mén)流體動(dòng)力噪聲的有效途徑,借助于閥門(mén)流體動(dòng)力聲學(xué)數(shù)值模擬的閥門(mén)噪聲控制方法在近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。本文采取CFD/CHA多步驟混合流聲計(jì)算方法,應(yīng)用CFD軟件FLUENT和聲學(xué)軟件ACTRAN,對(duì)某型截止閥及其加裝小孔消聲裝置的改進(jìn)閥,在不同入口速度下的流場(chǎng)、等效聲源場(chǎng)和聲場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析,獲得了小孔消聲裝置對(duì)閥內(nèi)流動(dòng)聲源的控制效果及其機(jī)理分析。通過(guò)數(shù)值模擬閥門(mén)流道對(duì)白噪聲聲源的響應(yīng),對(duì)兩型閥門(mén)腔內(nèi)聲學(xué)共振特性進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,并通過(guò)對(duì)比流動(dòng)噪聲頻譜,得到了閥門(mén)腔內(nèi)聲共振特性對(duì)流動(dòng)噪聲的重要影響。通過(guò)在FLUENT軟件中加UDF模塊計(jì)算Lighthill方程右端源項(xiàng),對(duì)閥門(mén)內(nèi)等效聲源場(chǎng)進(jìn)行了便于工程應(yīng)用的3D直觀顯示。通過(guò)對(duì)閥門(mén)縱向主截面速度分布進(jìn)行本征正交分解(POD)分析,得到了流動(dòng)的均流和各階模態(tài)速度場(chǎng),對(duì)閥內(nèi)流動(dòng)相干結(jié)構(gòu)與流動(dòng)聲源之間的關(guān)系進(jìn)行了深入研究,以分析噪聲發(fā)生機(jī)理。
【圖文】：
圖 1-1 混合求解方法步驟Figure 1-1 The steps of hybrid computational methodCFD/CHA 多步驟混合方法主要可以分為兩個(gè)步驟，其具體流程思路如圖 1-1所示。第一步，使用非穩(wěn)態(tài)雷諾平均方法(URANS)、大渦模擬方法(LES)或分離渦模擬方法(DES)對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬并輸出。第二步，將流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果使用流動(dòng)噪聲理論處理為聲傳播計(jì)算的聲源，通過(guò)求解非齊次的三維波動(dòng)方程求解聲場(chǎng)。CFD/CHA 多步驟混合方法的優(yōu)勢(shì)在于流場(chǎng)與聲場(chǎng)的求解解耦之后，流動(dòng)計(jì)算僅僅只需覆蓋聲源區(qū)域，對(duì)于流動(dòng)求解所需的計(jì)算資源急劇減小。缺點(diǎn)在于，該方法對(duì)于聲源區(qū)的求解忽略了噪聲對(duì)流動(dòng)的影響，在聲源區(qū)的聲場(chǎng)結(jié)果偏離實(shí)際。1.3.3 流場(chǎng)分析方法為了清晰地認(rèn)識(shí)湍流流動(dòng)的結(jié)構(gòu)，一系列針對(duì)湍流相干結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析提取的方法被開(kāi)發(fā)出來(lái)，其中比較有效的分析方法有拓?fù)浞治龇椒�、壓力的海森矩陣�?
以及動(dòng)量方程： = + + 2 13 (2-6)粘性不可壓縮流動(dòng)的情況下，方程可以寫(xiě)作： = + (2-7)對(duì)于某些特定問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際條件給以特定的邊界條件和初始條件，即可轉(zhuǎn)化為一個(gè)偏微分方程組的定解問(wèn)題。對(duì)于粘性不可壓縮問(wèn)題，由于式(2-7)的右端存在非線(xiàn)性項(xiàng) ，在數(shù)學(xué)上很難得到其解析解。對(duì)于粘性流體的流動(dòng)，根據(jù)雷諾數(shù) 的大小可以分為層流和湍流。兩種形態(tài)的流動(dòng)其性質(zhì)截然不同。層流流動(dòng)的特征是流體運(yùn)動(dòng)規(guī)則，，各個(gè)部分分層流動(dòng)互不摻混。而湍流則完全相反，其流體運(yùn)動(dòng)極不穩(wěn)定，各個(gè)部分相互劇烈摻混。針對(duì)層流問(wèn)題，通過(guò)具體問(wèn)題中對(duì)方程組的化簡(jiǎn)，可以得到比較好的解析結(jié)果。對(duì)于湍流問(wèn)題，由于其流動(dòng)極其不規(guī)則，很難使用數(shù)學(xué)方法獲得解析結(jié)果。所以，對(duì)于湍流問(wèn)題的 N-S 方程的求解需要借助數(shù)值模擬的方法。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：U674.703
本文編號(hào)：2674912
【圖文】：
圖 1-1 混合求解方法步驟Figure 1-1 The steps of hybrid computational methodCFD/CHA 多步驟混合方法主要可以分為兩個(gè)步驟，其具體流程思路如圖 1-1所示。第一步，使用非穩(wěn)態(tài)雷諾平均方法(URANS)、大渦模擬方法(LES)或分離渦模擬方法(DES)對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬并輸出。第二步，將流場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果使用流動(dòng)噪聲理論處理為聲傳播計(jì)算的聲源，通過(guò)求解非齊次的三維波動(dòng)方程求解聲場(chǎng)。CFD/CHA 多步驟混合方法的優(yōu)勢(shì)在于流場(chǎng)與聲場(chǎng)的求解解耦之后，流動(dòng)計(jì)算僅僅只需覆蓋聲源區(qū)域，對(duì)于流動(dòng)求解所需的計(jì)算資源急劇減小。缺點(diǎn)在于，該方法對(duì)于聲源區(qū)的求解忽略了噪聲對(duì)流動(dòng)的影響，在聲源區(qū)的聲場(chǎng)結(jié)果偏離實(shí)際。1.3.3 流場(chǎng)分析方法為了清晰地認(rèn)識(shí)湍流流動(dòng)的結(jié)構(gòu)，一系列針對(duì)湍流相干結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析提取的方法被開(kāi)發(fā)出來(lái)，其中比較有效的分析方法有拓?fù)浞治龇椒�、壓力的海森矩陣�?
以及動(dòng)量方程： = + + 2 13 (2-6)粘性不可壓縮流動(dòng)的情況下，方程可以寫(xiě)作： = + (2-7)對(duì)于某些特定問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際條件給以特定的邊界條件和初始條件，即可轉(zhuǎn)化為一個(gè)偏微分方程組的定解問(wèn)題。對(duì)于粘性不可壓縮問(wèn)題，由于式(2-7)的右端存在非線(xiàn)性項(xiàng) ，在數(shù)學(xué)上很難得到其解析解。對(duì)于粘性流體的流動(dòng)，根據(jù)雷諾數(shù) 的大小可以分為層流和湍流。兩種形態(tài)的流動(dòng)其性質(zhì)截然不同。層流流動(dòng)的特征是流體運(yùn)動(dòng)規(guī)則，，各個(gè)部分分層流動(dòng)互不摻混。而湍流則完全相反，其流體運(yùn)動(dòng)極不穩(wěn)定，各個(gè)部分相互劇烈摻混。針對(duì)層流問(wèn)題，通過(guò)具體問(wèn)題中對(duì)方程組的化簡(jiǎn)，可以得到比較好的解析結(jié)果。對(duì)于湍流問(wèn)題，由于其流動(dòng)極其不規(guī)則，很難使用數(shù)學(xué)方法獲得解析結(jié)果。所以，對(duì)于湍流問(wèn)題的 N-S 方程的求解需要借助數(shù)值模擬的方法。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：U674.703
【相似文獻(xiàn)】
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1 徐號(hào)鐘;借助流動(dòng)聲學(xué)數(shù)值模擬的閥門(mén)降噪研究[D];上海交通大學(xué);2017年
本文編號(hào)：2674912
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