變截面管道作為流體管路的重要組成部分,廣泛應(yīng)用于居民生活、建筑工程及軍事裝備中。但由于變截面管道兩端的通流面積不同,在實際運(yùn)行時會帶來比較嚴(yán)重的噪聲問題,不僅會對人體健康產(chǎn)生危害,而且還會對工業(yè)生產(chǎn)、居民生活和軍事安全產(chǎn)生負(fù)面影響,故有必要對其噪聲產(chǎn)生機(jī)理及變化規(guī)律進(jìn)行深入研究。本文首先針對國標(biāo)尺寸下三種不同管徑比的變截面管建立三維數(shù)值計算模型,并對其幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,采用Fluent軟件,選用LES方法和FW-H方程,對變截面管內(nèi)流場與輻射聲場進(jìn)行數(shù)值模擬,通過數(shù)值計算與實驗結(jié)果的對比驗證了數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性。其次,對不同工況下變截面管內(nèi)壓力場與速度場的分布特性進(jìn)行定性和定量研究,獲得了管內(nèi)橫截面平均壓力和平均速度隨變徑角（φ）、入口流速（v）和管徑比（λ）的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,引入聲源強(qiáng)度作為評價指標(biāo),研究了變截面管內(nèi)的聲源特性的分布及演變規(guī)律,發(fā)現(xiàn)變截面管內(nèi)噪聲主要產(chǎn)生區(qū)域在變徑處。此外,基于流場分析結(jié)果,對變工況下變截面管的聲場進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:管內(nèi)流動噪聲以200Hz以下的低頻噪聲為主。在額定流速（v=3m/s）條件下,隨著管徑比（λ）增加,流動噪聲總聲壓級逐漸減... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：115 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖３－２?．變截面管）．＝０．５初始工況示意圖??２８??

?變截面管三維計算模型及數(shù)值仿真方法???，＞丨??圖３－３變截面管簡化計算模型??３．２網(wǎng)格劃分??本文的網(wǎng)格劃分工作在ＣＦＤ前處理軟件ＩＣＥＭ中完成，ＩＣＥＭ主要提供了??兩大類網(wǎng)格劃分的方法：（１）按預(yù)設(shè)的求解節(jié)點自動網(wǎng)格劃分（２）基于附加塊??的網(wǎng)格劃分。前者操作簡單，只需設(shè)置計算域和給定網(wǎng)格尺寸就可以自動生成非??結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，這種方法網(wǎng)格劃分的節(jié)點比較靈活，能夠應(yīng)付比較復(fù)雜的幾何模型，??但是網(wǎng)格的質(zhì)量無法保證，大多需要進(jìn)行網(wǎng)格修補(bǔ)，對計算的精確性有較大的影??響且計算時需要更多的計算內(nèi)存［８８］。后者網(wǎng)格劃分方法首先是創(chuàng)建反映實體特??征的塊，然后確定塊上的節(jié)點分布，關(guān)聯(lián)塊與實體的點線面，把塊的節(jié)點映射到??實體上，最后給定網(wǎng)格尺寸大小，進(jìn)行局部調(diào)整，輸出結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。這種方法生??成的網(wǎng)格基本完全貼合實體模型，網(wǎng)格形狀規(guī)整且質(zhì)量較高，但是需要大量的人??工操作，在一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)中劃分難度較大。??本研宂中模型幾何結(jié)構(gòu)比較簡單且具有對稱性，所以流場區(qū)域的網(wǎng)格劃分采??用網(wǎng)格質(zhì)量較好的六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，變截面管的初始模型網(wǎng)格劃分情況如圖３－??４所示，圖３－４?（ａ）和３－４?（ｂ）為進(jìn)出口網(wǎng)格劃分圖，圖３－４?（ｃ）為模型整體網(wǎng)??格劃分圖，圖３－４?（ｄ）為計算模型網(wǎng)格邊界層加密示意圖。為了保證網(wǎng)格質(zhì)量，??選定幾何模型的進(jìn)口與出口進(jìn)行０型剖分，且對管道壁面的計算邊界層進(jìn)行加??密劃分，在劃分邊界層前首先需要確定第一層網(wǎng)格的高度，其計算公式如下，??３０??

?變截面管三維計算模型及數(shù)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）邊界層網(wǎng)格加密示意圖??圖３－４網(wǎng)格劃分圖??３．３物性參數(shù)與邊界條件??在ＣＦＤ數(shù)值模擬軟件計算前，先要給定計算區(qū)域內(nèi)的物性參數(shù)與邊界條件，??這兩者設(shè)置的準(zhǔn)確與否直接影響計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。??３．３．１物性參數(shù)??本文的模擬內(nèi)容主要包括變截面管道內(nèi)的流場與管道外的聲場兩部分，管內(nèi)??流場的工作介質(zhì)為水，管外為空氣，其物性參數(shù)如下表３－３與３－４所示。??表３－３水的物性參數(shù)??密度?聲速?運(yùn)動粘度?動力粘度??（ｋｇ／ｍ３）?（ｍ／ｓ）?（ｍ２／ｓ）?（Ｐａｓ）??１０００?１５００?１．２ｘｌ〇－６?１．００２ｘｌ〇－３??表３－４空氣的物性參數(shù)??密度?聲速?運(yùn)動粘度?動力粘度?參考聲壓??（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邊界條件??邊界條件是數(shù)值模擬計算中十分重要的一個環(huán)節(jié)，也是求解控制方程有確定??解的前提，求解任何問題，都需要給定邊界條件。邊界條件的處理，直接影響計??３２??

【參考文獻(xiàn)】：
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[4]船舶管路氣動噪聲數(shù)值模擬及優(yōu)化設(shè)計[D]. 許冬.大連理工大學(xué) 2015
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本文編號：3074430