[發明專利]一種三通和四通管路的噪聲優化方法

有效

• 申請號: 201811214924.6
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109388893B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 劉全忠;徐科繁;黃璐;王興茹
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;F16L55/033;G06F119/10
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 安琪

1.一種三通和四通管路的噪聲優化方法，其特征在于，所述優化方法的具體過程包括：

步驟一：采用FLUENT作為求解器，對原型三通和四通管路進行流場和聲學計算，獲得原型三通和四通管路的分流計算結果和合流計算結果；

步驟二：根據所述原型三通和四通管路的分流計算結果和合流計算結果，對原型三通和四通管路中的噪聲情況進行分析，獲得原型三通和四通管路的噪聲分布特性；

步驟三：根據原型三通和四通管路的噪聲特性，每隔10°調整一次所述原型三通和四通管路中主管與支管間的夾角，形成斜交型三通和四通管路；

步驟四：采用FLUENT作為求解器，對每次調整主管與支管間的夾角后所形成的斜交型三通和四通管路進行流場和聲學計算，獲得斜交型三通和四通管路的分流計算結果和合流計算結果；

步驟五：根據所述斜交型三通和四通管路的分流計算結果和合流計算結果，對斜交型三通和四通管路中的噪聲情況進行分析，獲得斜交型三通和四通管路的噪聲分布特性；

步驟六：采用FLUENT作為求解器，對圓弧型三通和四通管路進行流場和聲學計算，獲得圓弧型三通和四通管路的分流計算結果和合流計算結果；

步驟七：根據所述圓弧型三通和四通管路的分流計算結果和合流計算結果，對圓弧型三通和四通管路中的噪聲情況進行分析，獲得圓弧型三通和四通管路的噪聲分布特性；

步驟八：采用FLUENT作為求解器分別對原型、斜交型和圓弧型的三通和四通管路主管和支管相交處倒圓后的流體流動進行流場和聲學計算，獲得主管和支管相交處倒圓后的分流計算結果和合流計算結果；

步驟九：根據所述主管和支管相交處倒圓后的分流計算結果和合流計算結果，對主管和支管相交處倒圓后的噪聲情況進行分析，獲得主管和支管相交處倒圓后的噪聲分布特性；

步驟十：結合原型三通和四通管路的噪聲分布特性、斜交型三通和四通管路的噪聲分布特性、圓弧型三通和四通管路的噪聲分布特性以及管和支管相交處倒圓后的噪聲分布特性，確定減小管路內流體噪聲的三通和四通管路優化方案，進而獲得噪聲優化的三通和四通管路；

所述原型三通和四通管路的流場和聲學計算過程包括：

步驟1：采用不可壓流動的N-S方程對原型三通和四通管路內部流體流動的規律進行描述，并利用壁面函數法求解管路內部流場的N-S方程；

步驟2：利用雷諾平均Navier-Stokes方程結合寬頻帶噪聲模型計算潛艇中的原型三通和四通管路在各種狀態下的流噪聲；

步驟3：利用寬頻帶噪聲模型進行噪聲水平計算；

步驟4：在原型三通和四通管路的噪聲優化數值計算過程中，采用面積加權平均噪聲水平來表征噪聲源面上的噪聲分貝水平，其中，面積加權平均噪聲水平模型如下：

其中，——面積加權平均噪聲聲強水平；

A_i——噪聲源面上的微元面積；

∑A_i——噪聲源面積；

——微元面積A_i上的噪聲聲強水平；

步驟二所述獲得原型三通和四通管路的噪聲分布特性的過程包括：

第一步：根據原型三通和四通管路的分流計算結果獲得分流時的原型三通和四通的主管和支管相交處流場情況、主管和支管相交處壓力分布情況、表面噪聲分布情況以及三通分流時中間對稱面湍流強度與噪聲對比情況；并通過分流時的所述主管和支管相交處流場情況、主管和支管相交處壓力分布情況、表面噪聲分布情況以及三通分流時中間對稱面湍流強度與噪聲對比情況確定原型三通和四通管路的分流時管路噪聲分布特性；

第二步：根據原型三通和四通管路的合流計算結果獲得合流時的原型三通和四通的主管和支管相交處流場情況、主管和支管相交處壓力分布情況、表面噪聲分布情況以及三通合流時中間對稱面湍流強度與噪聲對比情況；并通過合流時的所述主管和支管相交處流場情況、主管和支管相交處壓力分布情況、表面噪聲分布情況以及三通合流時中間對稱面湍流強度與噪聲對比情況確定原型三通和四通管路的合流時管路噪聲分布特性；

第三步：結合分流時管路噪聲分布特性和合流時管路噪聲分布特性獲得原型三通和四通管路的流體噪聲分布特性；

步驟五所述獲得斜交型三通和四通管路的噪聲分布特性的過程包括：

第1步：采用FLUENT作為求解器，每隔10°對主管與支管夾角為90°～50°的斜交型三通和四通管路進行分流時的流場和聲學計算，得到主管與支管夾角為90°～50°的斜交型三通和四通管路的分流計算結果；

第2步：采用FLUENT作為求解器，每隔10°對主管與支管夾角為50°～10°的斜交型三通和四通管路進行分流時的流場和聲學計算，得到主管與支管夾角為50°～10°的斜交型三通和四通管路的分流計算結果；

第3步：利用90°～50°的斜交型三通和四通管路的分流計算結果和50°～10°的斜交型三通和四通管路的分流計算結果獲得斜交型三通和四通管路的分流時噪聲分布特性；

第4步：采用FLUENT作為求解器，每隔10°對主管與支管夾角為30°～10°的斜交型三通和四通管路進行合流時的流場和聲學計算，得到主管與支管夾角為30°～10°的斜交型三通和四通管路的合流計算結果；

第5步：利用30°～10°的斜交型三通和四通管路的合流計算結果獲得斜交型三通和四通管路的合流時噪聲分布特性；

第6步：結合斜交型三通和四通管路的分流時噪聲分布特性和合流時噪聲分布特性獲得所述斜交型三通和四通管路的噪聲分布特性；

步驟七所述獲得圓弧型三通和四通管路的噪聲分布特性的過程包括：

Step1：利用幾何關系模型獲取圓弧半徑，所述幾何關系模型如下：

其中，θ為主管與支管圓弧過度角；R為圓弧半徑，d為管路管徑，當θ＝10°～30°時，R＝(32.9～3.73)d；

Step2：根據圓弧型三通和四通管路的分流計算結果獲得分流時主管和支管相交處流場、相交處壓力分布和表面噪聲分布情況，通過所述分流時主管和支管相交處流場、相交處壓力分布和表面噪聲分布情況，確定圓弧型三通和四通管路的分流時管路噪聲分布特性；

Step3：根據圓弧型三通和四通管路的合流計算結果獲得合流時主管和支管相交處流場、相交處壓力分布和表面噪聲分布情況，通過所述合流時主管和支管相交處流場、相交處壓力分布和表面噪聲分布情況，確定圓弧型三通和四通管路的合流時管路噪聲分布特性；

Step4：結合圓弧型三通和四通管路的分流時噪聲分布特性和合流時噪聲分布特性獲得所述圓弧型三通和四通管路的噪聲分布特性。