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基于节流降压原理的低噪声排气流道设计研究

作　者: 胡国安
导　师: 柳贡民
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 轮机工程
关键词: 水下排气喷注噪声两相流多级孔板
分类号: U661.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

水下排气噪声是船舶噪声的主要成分之一，进行水下排气的噪声控制和治理是十分有现实意义的。在很多情况下，发动机的排气压力往往比背压高很多，此时排气噪声的主要成分是高速、高压废气在排气口形成的喷注噪声。在排气口前安装降压装置，适当地降低排气压力能有效地减少排气噪声。本文着重分析了发动机水下排气噪声的特点，对水下喷注噪声的规律性进行了理论、仿真和实验研究，为低噪声排气流道的设计提供依据。本文首先根据喷注噪声理论，设计了一种多级孔板节流降压装置，以降低排气口处废气的湍流程度。同时运用FLUENT对向外界气体环境和向水中环境排气两种流动形态分别进行了数值仿真，分析研究两种排气形式的相似性和不同点。然后，运用FLUENT中的VOF模型对孔板节流装置内气液两相流的流场特性进行了仿真分析，以此确定出流场中主要的发声区域。随后利用声压级估算公式，计算出自由喷注和管内受限喷注噪声的声压级。根据仿真计算结果，结合消声结构的流场和声场特性，优化了消声结构的设计方案。最后，通过发动机水下排气的模拟实验检测了低噪声流道的流体动力性能和声学性能，为低噪声孔板消声结构的设计提供实验支持。结果表明，降低水下高压喷注噪声的有效途径之一是加装节流降压装置，通过多级节流孔板串联，把排空的一次压力突降分散成若干小的压力渐变。从实验结果的比较来看，多级多孔的节流装置的消声效果是最好的。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 国内外水下排气噪声的研究历史和现状  10-14
    1.2.1 国外研究历史和现状  10-12
    1.2.2 国内研究历史和现状  12-14
  1.3 水下排气噪声机理  14-15
  1.4 论文主要研究工作  15-18
第2章喷注噪声基本理论  18-35
  2.1 湍流理论  18-23
    2.1.1 控制方程  18-20
    2.1.2 湍流模型  20-23
  2.2 气动声学研究  23-34
    2.2.1 喷注噪声  23-27
    2.2.2 管内受限喷注噪声  27-34
  2.3 本章小结  34-35
第3章小孔喷注特性的仿真和实验研究  35-46
  3.1 不同介质环境下排气流场的仿真计算  35-40
    3.1.1 空气中形成的喷注  36-37
    3.1.2 水中形成的喷注  37-38
    3.1.3 孔板对排气喷注特性影响  38-40
  3.2 多种节流孔板装置排气特性的实验研究  40-44
    3.2.1 实验装置  40-42
    3.2.2 实验步骤  42
    3.2.3 实验数据及分析  42-44
  3.3 本章小结  44-46
第4章多级节流孔板的设计和性能分析  46-67
  4.1 多级节流孔板的设计方案  46-53
    4.1.1 设计参数  46-47
    4.1.2 设计方案  47-53
  4.2 多级节流孔板阻力损失的仿真计算  53-60
    4.2.1 三级孔板仿真计算  53-57
    4.2.2 两级孔板仿真计算  57-60
    4.2.3 各孔板结构流阻性能比较  60
  4.3 多级节流孔板的声学性能估算  60-64
    4.3.1 自由喷注  60-61
    4.3.2 管内受限喷注  61-62
    4.3.3 两种喷注噪声级的比较  62-63
    4.3.4 输入参数对声学性能的影响  63-64
  4.4 多级节流孔板的结构强度计算  64-66
    4.4.1 孔板厚度计算  64
    4.4.2 焊接方式的强度计算  64-66
  4.5 本章小结  66-67
第5章多级节流孔板性能的实验研究  67-95
  5.1 概述  67
  5.2 实验台简介  67-71
    5.2.1 实验仪器  67
    5.2.2 实验系统  67-69
    5.2.3 实验设备  69-71
  5.3 混响室中声源直达声测量原理  71-75
    5.3.1 混响时间  71-72
    5.3.2 混响半径  72
    5.3.3 相关传声器法测量原理  72-75
  5.4 实验测量研究  75-94
    5.4.1 实验台架性能测试  75-81
    5.4.2 多级节流孔板性能测试  81-85
    5.4.3 多级节流孔板性能分析  85-94
  5.5 本章小结  94-95
结论  95-97
参考文献  97-103
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  103-104
致谢  104

基于节流降压原理的低噪声排气流道设计研究

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