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《江汉大学》 2018年
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化工燃气轮机进气管道流场分析及消声效果优化

居思危  
【摘要】:在化工燃气轮机工作过程中,由于气流的收缩和扩压等流动引起了输气管内部空气密度和压力的变化,从而产生了压力波,在其传播过程中,会导致明显的气动噪声污染,进而影响工作人员的身心健康,并降低生产效率。由于不同的工作环境下噪声的强度、分布情况及输气管道的流场分布会因工作环境的不同而具有差异性,因而开展化工燃气轮机进气管道的流场、和声学性能的研究工作,对了解进气管道流场和噪声分布情况,以及采取具有针对性的降噪措施具有重要意义。本文以某大型环保设备有限公司的化工燃气轮机进气管道为研究对象,采用计算力学(CFD)和声学有限元方法(Acoustics-FEM)对进气管道的流场和声场进行了仿真分析,具体工作如下:(1)阐述了化工燃气轮机进气管噪声源的产生机理、CFD和声学的理论、研究现状及仿真应用软件。在此基础上,提出了本文的研究内容、方法和技术路线。(2)阐述了施工现场对流场特性的要求。通过Fluent模拟了进气管道内流场,得到了其压力、速度、湍流分布和进出口压损及畸变参数,分析了进气管道的流场特性,结果显示:进气管出风口出现负压,提高了周围气流的交换率;进气管的流速和空气动能从进风口到出风口逐渐增大,有利于化工燃气轮机旋转叶片的工作;进气管的流场特性满足现场要求。(3)阐述了施工现场对声学性能的要求。通过Virtual.Lab计算了未考虑气流流动影响和考虑气流流动影响的进气管道的内声场,计算了它们的传递损失,并对比和分析了两者内声场和进出口传递损失,结果显示:传递损失曲线波动较大,消声峰值的频宽较窄,传递损失值均未满足现场要求,需采取一定的降噪措施来提高管道的消声量;当马赫数小于0.3时,可不考虑气流流动对声学性能的影响。(4)通过Fluent和Virtual.Lab分别模拟和计算了安装消声器的管道内流场和声场,得到了其压力、速度、湍流分布、进出口压损,畸变参数和传递损失,并与进气管道的流场和声学仿真结果进行了对比分析,结果显示:安装消声器后的管道性能有小幅下降,其中流场的压损满足现场要求,但流动均匀性未达标;虽然管道的消声量有大幅提高,但20~60Hz和160~460Hz的消声量未满足现场要求。(5)阐述了消声器结构优化的现场要求。研究了吸声材料的厚度、数量和消声板导流角对消声管道空气流场特性的影响,及吸声材料的结构因子、流阻、孔隙率、厚度、数量和消声板导流角对消声管道声学性能的影响,结合消声器现场的施工要求和现场消声器的结构参数,经过计算和仿真,对现场采用的消声器进行了结构优化,并将其声学和流场的仿真计算结果与装配现场消声器的进气管的声学和流场仿真结果进行了对比分析,结果显示:消声器的结构参数合理,其声学和流场特性均满足施工现场的要求,为化工燃气轮机消声器的设计提供了理论依据和参考。
【学位授予单位】:江汉大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ052.7

【参考文献】
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