消声器压力损失与气流再生噪声映射转化模型

提出了消声器压力损失与气流再生噪声的湍动能分布转化系数,建立了二者的映射转化模型.对气流再生噪声的影响因素进行分析,气流再生噪声随进口气流速度和压力损失的增大而增大,总声功率级与压力损失呈类对数变化关系,在不同消声器和不同气流速度下,计算值和试验值相对误差分别小于6%和4%.以偏置式简单扩张消声单元为例,提出了湍动能分布转化系数,建立了映射转化模型,运用该模型进行了结构参数对气流再生噪声的影响讨论.结果表明:气流再生噪声总声功率级随着扩张腔直径的增加而增大,随着进口管直径、出口管直径的增大而减小;气流再生噪声总声功率级随着腔体长度的增大而急速增大,随着进/出口管偏置距离的增大而快速下降.     

基于湍流分布特征系数的消声器压力损失模型

进行了消声单元压力损失流场数值计算,通过试验验证了计算方法的准确性.对比了不同边界条件下的湍动能分布特征,提出了湍流分布特征系数,建立了关于湍动能、密度和湍流分布特征系数的消声器压力损失模型,通过不同类型消声单元和不同气流进口速度验证了模型,以穿孔管消声单元为例建立了压力损失模型,并讨论了主要结构参数对压力损失的影响.结果表明:对不同结构参数消声单元压力损失模型计算的相对误差不超过8%,,不同气流速度下模型计算相对误差不超过7%,;穿孔管消声单元压力损失随穿孔率、穿孔部分长度的增大而减低,随腔体直径的增大而增加,穿孔直径则对压力损失几乎没影响.     

共振式消声器气流再生噪声发生机理研究

在消声器模拟试验台上,对共振式消声器声学性能进行试验。结果发现:气流速度较低时,消声量基本保持不变;气流速度较大时,消声器的消声量为0,甚至为负值,由气流产生的再生噪声所致,说明气流是影响共振式消声器消声性能的重要因素。对高速气流产生的再生噪声频谱分析结果表明:马赫数在0.167~0.193之间时,空腔Rossiter 2阶和4阶振荡模态被激起,频率符合Rossiter空腔半经验公式。声模态和流场分析结果表明:剪切层的不稳定产生了气流噪声,激起了共振腔消声器腔体的声模态,导致气流与噪声耦合,揭示了共振腔消声器气流再生噪声的产生机理,为进一步进行消声器内部流场优化、抑制气流再生噪声和动态性能分析提供了重要依据。     

基于CFD的半主动排气消声器消声性能研究

低速气流时,分别进行了半主动消声器的消声性能理论计算和三维有限元法数值计算.计算结果表明:阀门关闭,半主动消声器能很好地进行低频消声,尤其能进行发动机基频为43Hz及其3倍频的消声.高速气流时,消声器的内部流场分析表明:阀门打开,增大了流通面积,降低了气流速度,压力损失减少了约6倍,从而有效降低了喷气噪声和湍流噪声.     

催化消声器声学性能分析与改进

某配套催化消声器的柴油机排气噪声偏大,利用LMS声学测试系统进行声压测试,频谱分析后发现:高频消声性能不足是导致催化消声器消声效果变差的主要原因.针对催化消声器后半段结构提出扩张腔和穿孔管组合结构的改进方案,建立有限元模型,进行流场和声学仿真分析,最后进行试验验证.结果表明:扩张腔和穿孔管的组合结构能稳定气流速度,降低涡流强度,具有良好的流场特性,同时对排气噪声中的高频成分有良好的抑制作用;保持催化消声器前半段结构不变,仅对后段结构进行改进,在提高消声性能的同时还可保证其净化性能.     

内燃机排气消声器多物理场分析及改进设计

对某微型客车排气消声器进行了流场、温度场和声场分析,发现了原消声器设计中存在的低频消声量不足和气流再生噪声偏大的问题,并进行了改进设计.适当增加消声器容积并设计一个共振腔以提高低频消声量;合理布置消声器内部结构以降低气流流速,同时在消声器出口加强了吸声措施.对改进后的消声器进行了插入损失试验评价,各个转速下的插入损失都达到20 dB以上,比原消声器有很大提高;车外加速噪声也降低了3.1 dB.     

分流气体对冲消声结构的消声性能与压力损失

从排气气流角度出发,利用发动机排气气流自身分流并发生对冲的思路,设计了一种新型消声结构——分流气体对冲消声结构.排气气流分流对冲可有效降低消声器内排气气流速度,减少消声器内湍流噪声的产生,在兼具消声性能的前提下,有效降低了消声器的排气背压,提升了发动机的输出功率.从传统消声结构和分流气体对冲消声结构的数值模拟和试验验证对比结果可见,二者在低频段消声性能相近,但分流气体对冲消声结构在高频段的消声性能优于传统消声结构,且分流气体对冲消声结构在不同入口气流速度下,压力损失比传统消声结构降低均在20%以上.该分流对冲结构还可与传统消声单元耦合,有助于进一步提升消声器的综合性能.     

基于FLUENT的抗性消声器的流场分析及压力损失研究

利用FLUENT对某挖掘机消声器的设计制造进行仿真分析,研究了该消声器内部流场的温度、压力、速度的分布,分析了不同的入口速度下压力损失的变化。发现消声器内部流速较均匀,气流速度变化比较缓和,没有变化剧烈的区域。每个扩张腔内气流撞击壁面后有反射,有利于削弱噪声能量,达到消声效果;消声器各扩张腔内部温度变化比较大,第一腔内温度变化最大;消声器各扩张腔内部压力维持不变,压力损失比较大的区域为2个内插管入口处,这说明扩张腔在整个消声器中造成的压力损失是比较小的。随着入口速度增加,消声器的压力损失呈抛物线增大。     

柴油机反相对冲排气消声器声学特性的模拟和试验

提出了一种利用声波反相抵消降低柴油机排气噪声的主要成分、利用气流反相对冲降低气流速度从而降低气流再生噪声的新型消声方法。以CG25型单缸柴油机为样机,对新型原理消声器的声学特性进行了模拟和试验分析。研究结果表明:反相对冲新型排气消声器在110Hz左右和300~500Hz的低频段消声效果显著,且在柴油机的标定转速下(2200r/min),反相对冲排气消声器的插入损失近乎原装消声器的两倍。     

一种特殊结构消声单元的声学性能预测与分析

以一种锥形环结构的消声单元为研究对象,利用一维声波理论推导了其传递矩阵,通过数值计算和试验验证获得了该结构的传递损失.同时利用计算流体动力学(CFD)软件对锥形环结构的压力损失和湍动能与传统消声单元进行了仿真对比.结果表明:锥形环结构消声单元在锥角较小时可抑制低频噪声,随着锥角增大,消声频率逐步向高频方向移动.由于结构简单,其压力损失较小,不易产生湍流,该结构用在消声器前端起到分流、导流作用,再与其他传统消声单元相耦合,有助于进一步提升消声器的综合性能.     

新型分流气体对冲排气消声器气流特性仿真

气流速度是影响内燃机排气消声器综合性能的一项重要参数.基于分流气体对冲原理笔者提出一种降低内部气流速度的新型结构排气消声器,并使用计算流体动力学(CFD)的方法对其气流特性进行分析.首先建立了该新型消声器的仿真模型,然后对新型分流气体对冲排气消声器在设定入口流速下的流场进行了模拟,分析了其内部气体的流动特性和压力分布特性,并在自制的消声器试验台上进行了试验验证,同时对消声器的声学性能也进行了数值模拟.结果表明:新型分流气体对冲排气消声器能有效地降低其内部气流流速,进而降低再生噪声和排气背压,且其声学性能良好,充分证明了新型分流气体对冲排气消声器原理的正确性.     

排气消声器声场的有限元法分析

本文对S195柴油机的排气噪声进行了详细试验和理论研究.通过试验测量了S195柴油机的排气噪声频谱,并且对采用不同膨胀比消声器的消声效果进行了试验研究.此外,研究了不同穿孔板位置对简单膨胀腔消声器排气噪声的影响.运用有限元方法对消声器的声场进行分析,并与试验结果对比.由于对计算模型进行了简化,所以计算结果与试验结果有差异,但是两者的趋势是一致的.     

排气消声器声场的有限元法分析

本文对S195柴油机的排气噪声进行了详细试验和理论研究。通过试验测量了S195柴油机的排气噪声频谱,并且对采用不同膨胀比消声器的消声效果进行了试验研究。此外,研究了不同穿孔板位置对简单膨胀腔消声器排气噪声的影响。运用有限元方法对消声器的声场进行分析,并与试验结果对比。由于对计算模型进行了简化,所以计算结果与试验结果有差异,但是两者的趋势是一致的。     

湍流燃烧模型在燃烧室数值计算中的对比分析

对比分析了不同燃烧模型对某型回流式燃气轮机燃烧室流场的影响,建立了描述燃烧室流场的控制方程组,采用Realizablek-ε湍流模型,湍流燃烧模型分别为涡耗散模型(ED)、涡耗散概念模型(EDC)、简单概率密度模型(PDF)和稳态小火焰模型(SFM).对比分析了不同燃烧模型下燃烧室的温度场、速度分布以及NOx排放量,并...     

涡模型对风力机气动特性的影响研究

比较了4种涡模型的诱导速度分布特征,包括两种层流涡模型和两种湍流涡模型。分别将4种涡模型应用至自由涡尾迹方法的尾涡诱导速度计算中,分析涡模型对风力机低速轴扭矩和尾流的影响。研究表明,在大风速下,湍流涡模型更能真实地反映流动状态;各个模型均能较好地捕捉流场结构和叶尖涡,层流涡模型的尾流涡量更集中,但耗散更快,湍流涡模型的涡量分布均匀,且耗散慢;涡模型对风力机近尾迹区域的尾流风速影响,比对远尾迹区域尾流风速的影响大。     

电站锅炉炉管泄漏数值模拟及定位算法研究

针对电站锅炉炉管泄漏点精确定位问题,对泄漏喷流形成的流场和声场进行了数值模拟.将通信工程中的Chan算法引入到炉管泄漏定位检测中,分别在空旷环境、实验室环境、模拟炉膛常温无噪声环境和模拟炉膛常温高噪声环境下进行了实验研究.结果表明:泄漏喷流流场轴向速度是引起泄漏声波传播扰动的主要原因,远场的噪声辐射具有指向性特征;在孔口部区域声功率级最大,且声功率级沿对称轴方向随与喷口距离的增大而逐渐扩散衰减,泄漏声场的强度随孔直径的增大而增强;相同孔直径、不同泄漏蒸汽工况下的声功率级基本相同;通过Chan算法对泄漏进行定位,定位结果误差在工程允许误差范围内,定位精度较高.     

燃烧器中双锥形喷口与双齿形环作用的研究

通过冷态流场试验和数值模拟,研究了双锥形喷口和双齿形环对旋流燃烧器喷口流场的速度分布、回流区特性及湍动度分布等空气动力场特性的影响.结果表明:双锥形喷口明显推迟了一、二次风的湍流混合,增强了一次风与中心回流区的混合;双齿形环增大了一次风速度以及一次风与其他气流混合的接触面积,内齿增大了中心管的尺寸,有利于中心回流区的形成;双锥形喷口和双齿形环都增大了流场的湍动度.     

来流剪切对风力机尾迹影响的数值研究

为研究剪切指数对风力机尾迹流动特性的影响,以NREL Phase Ⅵ型风力机为研究对象,采用SST k-ω湍流模型,在不同剪切指数下对风力机尾迹流场进行定常数值模拟.考察了不同来流剪切工况下,风力机尾迹流场中漩涡结构变化对速度和湍动能等流动参数的影响.结果 表明:在剪切来流工况下尾迹流场呈现非对称性,尾迹流场向远离壁面的方向偏斜;随着剪切指数的增大,轮毂上方的中心涡强度增大,下方中心涡强度减弱;下方流体被大量卷吸进上方剪切层,形成高速条带;中心涡的不对称性造成尾迹流场湍动能增强,尾迹流场恢复减慢.     

低马赫数射流噪声的数值计算研究

针对抗性消声器中扩张结构和尾管引起的射流噪声问题,建立了低马赫数射流噪声有限元分析模型.基于双方程k-ε紊流模型理论对射流速度场进行了计算,发现喷射流的势核周围形成一段湍化程度极高的气流.采用Lighthill-Curle声学理论预测了射流噪声,并通过试验对比验证了模型和数值计算方法的正确性.研究表明,喷射噪声主要集中在势核周围,说明势核是引起射流噪声的主要原因.通过对指向性的研究表明,低马赫数射流最大噪声主要分布范围为15°～60°.     

挡板对某双层U型管流动特征的影响

针对双层U型管中有无挡板及其安放位置对流动特征的影响展开研究。热水入口流速0.5m/s,冷水入口流速1.0m/s,使用商用计算流体动力学软件ANSYS FLUENT进行流场数值模拟,得到了管道内流体速度、涡量、压力和温度的分布。设置挡板后,管道内湍动剧烈,涡强度增强,平均流速先增大后减小。设置挡板可以显著改善隔板出口处的压力分布情况,而随着挡板到隔板距离的增大,挡板处的压差逐渐增大。无挡板时,出口处流体间换热效果最好,设置挡板后,随着挡板到隔板距离的增大,换热效果变差。