论文总字数：21004字

摘 要

管路系统的流噪声在舰船设计中受到了人们的广泛关注，因为它不仅能造成人员感观和心理上的不适，更会导致相关机器设备的疲劳和破坏，从而极大破坏水下舰艇的隐蔽性。本文主要是通过有限元与边界元结合的方式去研究通液三通管路中流体的流动及流噪声特性以及导流叶对弯头管路流噪声的影响。采用流体动力学软件FLUENT对管路中流体状态进行数值模拟，得到流场云图并进行分析；采用软件LMS Virtual Lab的声学模块，基于边界元法对三通管路和弯头管路的管口频谱特性和声压级进行分析。通过改变三通管路入口流速和三通管路半径，分析其对三通管路管口噪声的影响，结果表明改变三通管路的入口流速，会改变出口处噪声的声压级，但不会改变声压级的频谱特征。且管口声压级随着入口流速的增加而增加；改变三通管路的管路半径基本不会改变出口处噪声的声压级，也不会改变噪声的频谱特征。在弯头管路中加入导流片，进行管口噪声分析，结果表明，在管路入口流速为4m/s时，弯头管路中加入导流片之后会有降噪效果，且基本不会改变管口噪声的频谱特征，在10-1kHz频率上，平均可以将声压级降低3-5dB左右。

关键词：通液管路；流噪声；导流叶

Abstract

The flow noise of the pipeline system has been widely concerned in the design of ships, because it can not only cause people to feel and psychological discomfort, but also cause fatigue and damage to related machinery and equipment, thereby greatly destroying underwater ships Concealment. This paper mainly studies the flow and noise characteristics of fluid in the three-way pipe through the combination of finite element and boundary element, and the influence of the guide vane on the flow noise of the elbow pipe. The fluid dynamics software FLUENT is used to numerically simulate the state of the fluid in the pipeline, and the cloud map of the flow field is obtained and analyzed. Analysis of spectral characteristics and sound pressure level. By changing the inlet velocity of the three-way pipe and the radius of the three-way pipe, the impact on the noise of the three-way pipe mouth is analyzed. The results show that changing the inlet flow rate of the three-way pipe will change the sound pressure level of the noise at the outlet, but Does not change the spectral characteristics of the sound pressure level. And the sound pressure level of the pipe mouth increases with the increase of the inlet flow rate; changing the pipe radius of the three-way pipe basically does not change the sound pressure level of the noise at the outlet, nor does it change the spectral characteristics of the noise. Adding a deflector to the elbow pipe and analyzing the noise of the orifice. The results show that when the inlet velocity of the pipeline is 4m / s, the deflector will be added to the elbow pipe to reduce noise, and basically does not Will change the spectral characteristics of the noise of the nozzle. At a frequency of 10-1kHz, the average sound pressure level can be reduced by about 3-5dB.

Key words: flow line; flow noise; guide vane

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题来源 1

1.2目的和意义 1

1.3国内外研究现状 2

1.4本文研究内容 3

第2章 基本理论方程 5

2.1流噪声的主要来源 5

2.2流致噪声的研究方法 5

2.3流体模型 6

2.4本文技术路线 7

2.5本章小结 9

第3章 三通管路的流噪声计算分析 10

3.1三通管路数值模型 10

3.1.1三通管路的建模 10

3.1.2三通管路流体域的网格划分 10

3.1.3三通管路声学网格的划分 12

3.2三通管路的流场计算 12

3.3三通管口的流噪声计算 12

3.4内流场对管口噪声的影响分析 13

3.4.1管内流场分析 13

3.4.2管口流噪声分析 15

3.5入口流速对管口噪声的影响 17

3.6管路半径对管口噪声的影响 19

3.7本章小结 20

第4章 基于导流片的管路降噪分析 22

4.1弯头管路的数值模型 22

4.2弯头管路内的流场及管口噪声的计算 23

4.3弯头管路管口噪声的分析 24

4.4导流叶对管路流场级管口噪声的影响 25

4.5本章小结 27

第5章 结论与展望 28

5.1全文总结 28

5.2未来展望 29

参考文献 30

致 谢 31

第1章 绪论

1.1课题来源

21世纪是海洋的世纪。随着海洋权益和海洋资源在国家战略中的地位日益提高，各国的海洋主权意识逐渐增强。党的十九大报告明确要求“坚持海陆协调，加快建设海洋强国”，这再次吹响了建设海洋强国的号角。众所周知，当今世界，地缘矛盾和冲突不断升级。被称为“突击哨兵”的水下航行器在保护我国海洋权益方面发挥着不可替代的作用。声隐身性能作为衡量其自身性能的重要技战术指标，长期以来一直受到军事强国的关注。优异的声隐身性能不仅可以提高水下航行器的生存能力，而且可以增强威慑力。一方面，水下航行器的辐射噪声会暴露在敌人面前；另一方面，水下航行器的声纳探测也需要考虑噪声的局限性。水下航行器结构声隐身性能的军事重要性越来越突出。因此，提高水下航行器的声隐身技术是增强水下航行器生命力和战斗力的重要手段。外形结构设计、动力装置选择和管路减振消声等技术措施一直贯穿在潜艇的研制和设计过程中，从而多途径和全方位地降低潜艇辐射噪声。

声辐射和舰艇振动在舰船设计中受到了人们的广泛关注，因为它不仅会引起人们的感官和心理上的不适，还会导致相关机械设备的疲劳和损坏，从而对水下航行器的隐蔽性造成极大的损害。因此，最大限度地降低舰船的振动和声辐射是非常重要的。但是船舶的振动和声辐射会受到很多因素的影响。一般来说，最重要的部分是管道系统的振动和声辐射。众所周知舰艇内部的管路系统的布置都非常复杂，而且为了完成传递能量流、动量流和质量流等特定的功能，不同管路的布置形态也不尽相同（弯管、三通以及各种阀件等）。管路系统是船舶系统不可或缺的重要部分，船舶的机器设备大部分都是通过各种管路连接到船体结构上的。但这也为噪声传播提供了路径，所以对于噪声控制非常不理想。另一方面，管路的振动也会引起设备的损伤和管路自身的破坏。由于管道振动和流噪声引起的许多问题，越来越多的研究人员对其进行了广泛的研究。

1.2目的和意义

流噪声会影响船员的工作环境；也会影响管路上器械的正常工作；除此之外流噪声会通过海管开口向外侧辐射，以破坏潜艇的隐蔽性。美国海军认为，尽管快艇有快速攻击和回避的能力，但他们很容易因为他们的高噪声而暴露目标；当潜艇有低噪声和强探测能力时，他们在战争石可以更早的发现对方。所以美国海军要求新设计的核潜艇要安静和高速。对流噪声进行充分的研究对于潜艇的安静性设计有重要意义。

由于水和空气的物理性质的很大差异，充液管路和充气管路的噪声特性之间也存在很大的差别。充气管道的边界是近似刚性的，但充填液管路不能近似刚性，需要用弹性边界来处理。因此，对充液管道系统噪声的研究不能完全模仿充液管道噪声的研究方法。目前，由于充液管道系统实验设备和噪声评估方法的不完善，对充液管道的流动噪声特性还没有准确的认识。海水管道系统一般分为水泵、阀门、弯头等三种连接部件，管道系统噪声成分复杂，不同噪声的产生机理和传播特性不同。为了优化管道系统的设计，为设备选型提供参考，进一步降低管道系统的噪声水平，有必要对管道系统的噪声源进行分离，并对各部分的噪声水平分别进行评估。管路附件的流噪声特性分析正是其中重要的一个环节。

1.3国内外研究现状

对于流致噪声特性问题的求解需要应用结构力学、水动力学等多种力学学科知识，因此解析法对于复杂结构的求解就有明显的局限性，相比而言，数值方法被广泛地用来研究流噪声及相关声辐射问题求解。

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