气液两相管路流场及声学特性研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xing_h0576
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管路系统中的两相流动相比管内单相流动及开阔域两相流动的压力脉动更为剧烈,其产生的两相流噪声频率特性复杂、噪声级高,产生的不良影响大。而通常用来消减、控制管路流体噪声的消声器在两相流管路中的声学性能尚未见有相关研究,对其消声特性亟待掌握。
  本文首先对管内声传播理论进行了介绍,从一维平面波方程扩展到三维圆截面管道在运动介质下的声波方程,同时推导了气液两相混合流体的声速,并利用COMSOL软件间接仿真了气液两相管内声速,研究表明气相的存在对混合流体的声速影响很大。
  通过对两相流模型的对比研究,根据气液掺混管路流体形态,利用COMSOL软件中的湍流及两相流模块,根据不同气液流量和工作压力计算了气液掺混段及消声器段的两相流场特性,得到气液入口速度比和工作压力对含气率的影响。同时计算了不同流动时刻内插管消声器、穿孔管消声器、气囊消声器及吸声材料消声器内部流场的相分布,压力分布及速度分布,为两相介质下消声器的声学特性分析做好了准备。
  论文基于流体动力声源的基本理论,探讨、研究了管内气液掺混噪声源的特性。利用Fluent软件声类比模块对气液混合段的噪声特性进行了仿真计算,得到不同工况管内两相流噪声的频域特性。用COMSOL声学模块计算了单相背景流下和两相背景流下内插管消声器的传递损失,结果表明10-4000Hz频段背景流对消声器传递损失的影响不大。接着计算了两相介质下四种消声器的传递损失,结果表明相比单液相介质,气液两相介质使传递损失峰值向低频方向移动,低频段声学性能大为改善,高频段有所下降。
  最后搭建了气液掺混管路模拟实验台,测量了不同工况下吸声材料消声器的插入损失和末端降噪量。结果表明单液相工况吸声材料消声器在低频段有良好的消声性能,气液两相流工况下消声器低频段的消声性能有所降低。
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