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两相介质及脉动条件下消声器传声特性的研究

作　者: 陈一伟
导　师: 吴大转
学　校: 浙江大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 排气噪声传递损失流体脉动气液两相消声器高温数值模拟
分类号: TB535.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

排气噪声在热动力装置中产生的所有噪声中占比很大,研究排气噪声对改善热动力装置的性能具有重要意义。控制排气噪声最有效的途径是在排气系统上使用排气消声器,而热动力装置产生的废气往往具有高温、高压、高速、脉动以及气液掺混等恶劣条件,这些条件对消声器消声特性产生非常大的影响。因此设计在高温、高速、气液掺混等条件下的低阻力损失的排气消声器已成为目前热动力装置排气噪声控制的重要课题。本文通过对热动力装置产生的排气噪声的噪声特性及产生机理的研究,探讨了不同排气参数对消声器性能的影响,包括高温、高压、高速、脉动以及气液掺混流动条件下消声器的消声特性。通过数值模拟探讨了各工况条件下消声器的消声特性。针对气液混合介质的排气噪声,建立了数学理论模型,分析了掺入冷却水介质后介质密度及声速的变化规律,研究气液掺混状态下消声器内部的速度场、压力场和湍动能场的分布及它们对于消声器性能的影响。研究发现温度的升高使传递损失曲线向高频移动；气液两相介质条件同样使传递损失曲线向高频移动；气流的存在不仅改变气流本身的湍流运动或使固体物件受迫振动产生了二次噪声,同时也影响抗式消声器的传递损失。气流冲击抗式消声器的节流阀时产生宽频噪音,在低流速时,其量值随着流速增加而增大,随着流速进一步提高抗式消声器将不起消声作用；脉动噪声是一种典型的低频噪声,其基频和排气脉动频率相一致。本文基于理论的研究设计阻抗结合式的消声器,搭建排气实验系统对消声器的消声性能进行了验证,并最终通过排气实验证明仿真与实验的结果是吻合的。目前国内外学者对于介质状态对消声器消声性能的影响研究较少,本文基于软件分析与消声器声学性能相关的多种参数的最优组合,所得到的结论对实际消声器的设计具有一定的指导价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-18
  1.1 概述  10
  1.2 排气管路噪声及消声器分类  10-11
  1.3 国内外消声器研究现状  11-13
  1.4 消声器消声性能的影响因素  13-15
    1.4.1 结构尺寸的影响  13-14
    1.4.2 介质状态及流速的影响  14-15
  1.5 消声器性能计算方法  15-17
    1.5.1 平面波理论和声传递矩阵法  15-16
    1.5.2 有限元法及边界元法  16
    1.5.3 计算流体力学方法  16-17
  1.6 本文研究内容  17-18
第2章排气噪声机理及消声方法  18-29
  2.1 排气系统噪声的产生机理  18-20
    2.1.1 脉动噪声  18
    2.1.2 涡流、喷注噪声  18-19
    2.1.3 摩擦、冲击噪声  19-20
    2.1.4 辐射噪声  20
  2.2 消声方法  20
  2.3 消声器的理论设计基础  20-27
    2.3.1 扩张式消声器  22-25
    2.3.2 穿孔管消声器  25-27
    2.3.3 复合式消声器  27
  2.4 本章小结  27-29
第3章排气条件对消声器影响的实验研究和数值模拟  29-53
  3.1 消声器的数值模拟方法  29-30
  3.2 介质状态对排气消声器消声性能的影响  30-42
    3.2.1 温度对排气消声器消声性能的影响  30-32
    3.2.2 冷却水对排气消声器消声性能的影响  32-34
    3.2.3 介质流速对排气消声器消声性能的影响  34-39
    3.2.4 流体脉动对管路噪声的影响  39-42
  3.3 排气消声试验  42-52
    3.3.1 排气流速的影响  45-48
    3.3.2 气液掺混状态的消声器实验研究  48-49
    3.3.3 流体脉动对排气消声器的影响  49-52
  3.4 本章小结  52-53
第4章组合式排气消声器的设计与性能分析  53-69
  4.1 组合式消声器的设计  53-63
    4.1.1 穿孔管开孔半径  53-54
    4.1.2 穿孔管内径大小对消声效果的影响  54-55
    4.1.3 不同分段共振腔对穿孔管消声效果的影响  55-58
    4.1.4 扩张结构对不同分段穿孔管的消声性能的影响  58-60
    4.1.5 组合式消声器的性能计算  60-63
  4.2 消声器的动力学特性分析  63-65
  4.3 脉动生成器装置的设计  65-68
  4.4 本章小结  68-69
第5章组合式排气消声器降噪效果的实验验证  69-79
  5.1 排气实验装置  69-70
  5.2 水下排气消声实验验证  70-72
  5.3 温度对水下排气噪声的影响  72-76
  5.4 水下排气流阻性能实验研究  76-77
  5.5 小结  77-79
第6章总结与展望  79-82
  6.1 总结  79-80
    6.1.1 总结  79-80
    6.1.2 主要创新点  80
  6.2 不足与展望  80-82
参考文献  82-90
致谢  90-92
作者简历及在学期间所取得的科研成果  92

两相介质及脉动条件下消声器传声特性的研究

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