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基于节流降压原理的低噪声排气流道设计研究

胡国安  
【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。


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