流固耦合作用下的注水管路流激振动噪声数值模拟

大压差工况下,船舶内部液舱自流注水时管路振动噪声问题突出。采用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程,计算分析典型工况下注水系统管内流场。考虑管内液体对管道结构振动的影响,计算注水管路的“湿模态”。以管路壁面流体压力脉动作为激励源,基于有限元法对流固耦合作用下管道结构的振动和流激振动辐射噪声进行数值模拟。对阀门上下游不同监测点的流激振动噪声频谱进行分析,探究管路流激振动噪声产生、传播和衰减规律。分析结果表明:注水系统管道结构流激振动噪声沿管道传播基本无衰减;流激振动噪声频带较宽,主频率为80 Hz;管道结构的流激振动噪声整体幅值较大,需要采取增加弹性管卡等措施进行治理。     

基于BEM的通海阀流噪声与流激振动噪声数值模拟对比研究

通海阀在船舶海水系统中应用广泛,高压差条件下通海阀振动噪声问题突出。在大压差工况下,对某船海水系统通海阀内部流动进行分析。考虑海水对管道振动的影响,计算通海阀的结构"湿模态"。基于流场和模态数值计算结果,采用声学边界元法对该通海阀流噪声和流激振动噪声分别进行数值计算。将流激振动辐射噪声数值计算结果与流噪声数值计算结果对比,结果表明通海阀结构振动产生的辐射噪声较流噪声小100 d B以上,即流激振动噪声完全湮没在流噪声中,对该系统通海阀噪声进行治理时应该优先考虑流噪声。     

基于Fluent的输液管路压力波动仿真

流体压力波动是管道系统产生异常振动与噪声的主要根源之一。为了研究输液管道不同工况下的压力波动特性,利用计算流体动力学软件Fluent,对其内部流场进行三维非定常数值模拟,并分析在不同转速和背压工况下管路不同位置的压力波动特性。通过数值分析发现:管内流体的压力波动主要是由泵的周期性吸排作用引起,而且随着输液泵转速的增加而增加;管道不同位置的压力波动大小不同,在弯管密集处压力波动相对较大。最后利用实验验证了仿真模型的有效性。本文对于管路设计和振动治理有一定指导作用。     

舰船载流管道的动态分析

对载流管道在外部激振力和流体激励下的动态响应进行了计算。比较了在不同激振力频率和不同管内流速情况下的管道动态响应。根据舰船管道的实际情况，在载流管系的动态响应分析中引入基础振动的影响。计算分析了舰船管道系统在流体激励、外部干扰力和基础振动情况下的动态响应。     

管路-圆柱壳耦合振动功率流与声辐射特性研究

管路-内含铺板圆柱壳耦合结构是潜艇、鱼雷等水下航行器装备中的典型结构,为研究管路与圆柱壳结构耦合振动噪声传递的特性,论文采用阻抗综合法,利用耦合点处力与位移连续条件,建立管路-支撑-圆柱壳耦合结构振动计算模型。管路采用考虑流固耦合以及剪切变形的"十四方程"理论,从振动功率流传播视角研究管路系统向内含铺板圆柱壳振动传递的特性,并用边界元软件计算耦合结构远场辐射声功率。计算结果表明:充液管路各簇振动功率流分布与幅值随频率、管路支撑位置而变化,且管路系统输入功率流与耦合系统远场辐射声功率相关。研究结果可为管路系统从能量流角度进行振动控制提供参考。     

基于Lighthill声类比的流激噪声三维计算及验证

随着舰艇管路系统中阀门、泵及弯管等部件流激噪声问题的日益突出,水动力流激噪声数值计算方法逐渐受到关注。针对阀门的流动诱导噪声问题,文章结合大涡模拟和Lighthill声类比理论,建立了流激噪声混合计算方法并对类阀空腔模型进行了数值模拟和验证。首先,流场采用大涡模拟计算了低马赫数下三维类阀空腔模型的非定常流动。然后,将流场计算结果导入ACTRAN,通过ACTRAN中基于有限元/无限元的Lighthill声类比理论对流噪声进行求解。最终将流激噪声计算结果与声学试验进行了对比分析。对比结果表明,该流激噪声混合计算方法可行且计算结果可靠,可应用于水动力噪声的研究。     

管路弯头流致振动的影响因素分析

[目的]弯头是管路系统的重要构件,在管路运行时弯头因受到流体激励而产生振动,是管路系统总体振动的主要因素之一。为了更好地理解管路弯头流致振动产生的机理,[方法]通过有限元数值计算和实验相结合的方法,针对弯头直径、曲率半径和弯曲角度等参数,开展弯头在湍流作用下的流致振动研究,以得到不同曲率半径、弯曲角度的弯头在不同管内流速下对流体脉动压强、结构振动响应的影响规律。[结果]结果表明:曲率半径和流速对弯头结构振动响应的影响明显,因此在管路系统声学设计中应高度重视。[结论]研究结果可为管路系统声学设计时的弯头结构布置提供参考和依据。     

湍流边界层激励下平板辐射噪声数值计算方法

[目的]湍流边界层(TBL)激励下的结构辐射噪声(也称"流激噪声")是水下航行体的重要噪声源,因此,对流激噪声数值计算方法的研究具有重要意义。[方法]基于LMS Virtual Lab数值计算软件,以Corcos湍流脉动压力频率波数模型作为输入,采用主成分分析(PCA)法和振动—声传递向量(VATV)法计算湍流边界层激励下平板结构的流激噪声,并对两种方法的正确性进行验证,比较分析两种方法的计算时间及得到的声压自功率谱密度(ASD)曲线。[结果]结果表明,这两种方法均可有效计算湍流边界层激励下的结构流激噪声,且计算结果基本一致;和PCA法相比,VATV法所占用的计算资源更少,能快速预报结构的流激噪声;相较于VATV法,PCA法还可以得到结构振动响应结果。[结论]该研究结果对水下结构流激噪声快速预报具有一定的参考价值。     

充液管道轴对称波的传播与衰减分析

在很多工程状况下,特别是船舶和海洋工程领域,管道的振动、噪声和疲劳失效是极其严重的问题。文章对充液管道的轴对称波的传播与衰减进行了解析研究。首先推导了周向模态n=0的管道轴对称振动方程,然后分别得到s=1流体波和s=2壳体波的波数表达式。接着,对波数以及管道和流体的阻抗进行了数值计算和讨论。结果发现,在这种模态下,波的传播与衰减随频率变化(频散特性),与壳体厚径比和流体密度密切相关。事实证明,这种耦合振动分析方法是简洁有效的。     

螺杆泵异常振动噪声的分析与处理

根据工业现场中出现的螺杆泵异常振动和噪声现象,在分析了系统结构和原理的基础上,对螺杆泵吸油管路的流阻特性进行了计算;并通过汽蚀余量分析了螺杆泵发生汽蚀的可能性.根据计算得到的各种数据,综合分析螺杆泵发生该异常工况的几种因素,确定了发生异常振动噪声的原因,并对每种可能造成螺杆泵系统异常振动和噪声的因素进行了排除和确认;通过现场施工消除了螺杆泵异常工况.     

水下航行器水动力噪声分离预报

近年来,水下航行器的声隐蔽性受到广泛关注,而有关其水动力噪声的研究却较少。将水动力噪声分为壳体流噪声、壳体流激振动噪声、螺旋桨流噪声和螺旋桨流激振动噪声4类,采用大涡模拟(LES)结合Light-hill声类比混合计算方法,对水下航行器的水动力噪声进行分离预报。首先,采用已有文献数据验证该混合声学计算方法的有效性。随后,对水下航行器壳体和螺旋桨三维流场的流噪声和流激振动噪声进行数值模拟和分析。结果表明,4类噪声均与速度呈非线性关系。在上游段,螺旋桨流激振动噪声为主要噪声;在下游段,壳体流噪声所占比例最大。在低速时,由壳体激发的水动力噪声是主要噪声;随着航速的增大,由螺旋桨激发的水动力噪声占总噪声的比例逐渐增加;总体水动力噪声能量随航速的增大而增大。     

海洋平台生活区通风管路系统噪声预报

针对海洋平台通风管路系统噪声进行研究,基于数值方法对通风系统管路流激噪声进行了计算,并与管路风机传递噪声的影响进行了对比,给出了通风管路系统噪声特性规律。采用CFD方法建立通风管路系统流体动力分析模型,得到风管湍流脉动压力；在此基础上,建立通风系统管路及典型平台房间噪声预报的统计能量分析模型,开展了特征参数对通风系统管路激流噪声的影响分析,并对风机传递噪声进行了研究。结果表明,风管流量与风管流激噪声直接相关,风机传递噪声对风机附近舱室有较大影响,距风机较远处管路噪声仍以流激噪声为主。     

舰船系统管路弹性减振设计与试验

舰船上的系统管路一般通过支吊架、马脚等与船体固定,管路振动会通过基座传递给其他结构,成为振动和噪声传播的重要通道,并激励其产生噪声.本文针对舰船系统管路特点,提出了新型弹性减振设计方案,并在不同系统运行工况条件下,将刚性支撑和弹性支撑的2种管卡固定型式进行了试验对比.结果表明,系统管路弹性减振安装方式具有良好的减振隔振...     

舰船载流管道的动态分析

分析计算载流管道在外部激振力和流体激励下的动态响应，比较在不同激振力频率和不同管内流速情况下的管道动态响应，根据舰船管道的实际情况，在载流管系的动态响应分析中引入基础振动的影响。     

船用大压降给水管道多级孔板设计及节流特性研究

为减少大压降给水管道振动和噪声,确保船舶汽水系统的稳定循环特性,以某船用大压降给水管道为原型,采用CFD数值模拟的方法分析六级同心孔板和六级偏心孔板的压降特性、流场结构及湍流脉动规律,计算结果表明,六级偏心节流孔板适用于大压降短管距的船舶给水管路系统。数值计算的结果与理论设计吻合较好。     

基于FPSO压载水系统管路支架整体水锤效应分析

合理分析管系的水锤效应,对管系的安全性、经济性都有着十分重要的意义。目前对水锤效应的研究往往只考虑流体与管道之间的作用情况,忽略了管系中管道与支架的整体性。为更加准确的计算管系水锤效应发生界面的水锤压力大小,以某深水通用性FPSO管道支架参数为基础,设计了一种易于简化计算的管系模型,通过对比分析仅考虑管道内流体、考虑管道内流体与管道耦合以及管道内流体与管路支架整体系统双向流固耦合时,水锤效应的情况。结果表明,仅考虑管道内流体、考虑管道内流体与管道耦合时,对水锤压力大小影响不大。当管道内流体与管路支架整体系统双向流固耦合时,计算结果有较为明显的降低（在计算工况下降低约6.06%）,其原因在于管道支架在水锤效应发生时,产生了一定的变形（在计算工况下最大位移为0.0472 m）。     

基于LES与Powell涡声理论的孔腔流激噪声数值模拟研究

孔腔流动中含有复杂的流体振荡,不但能够引起明显的噪声,而且会造成物体脉动压力和阻力的急剧增加,因而孔腔流动与流激噪声已经成为流声耦合研究领域的重要内容。文章首先对于Powell涡声理论进行了介绍,给出了涡声方程及其求解的详细推导过程,随后利用圆柱/机翼组合体与方腔流激噪声测试结果验证了计算方法的可靠性,最后采用大涡模拟方法结合Powell涡声方程数值计算了两型孔腔在不同水速下的流激噪声,并与中国船舶科学研究中心循环水槽试验结果进行了对比分析,结果表明数值计算方法能够较准确地预报孔腔流激噪声,并能展示孔腔内外涡旋结构。计算结果表明:在500 Hz以下的低频段,格栅1型孔腔的流激噪声显著高于格栅2型孔腔;在500 Hz-10 k Hz高频段,格栅2型孔腔流激噪声比格栅1型孔腔高,但随着流速的增高,两种孔腔流激噪声在高频段的幅值基本一致。这些现象与孔腔内的涡旋结构密切相关。文中对孔腔流激噪声的数值预报方法进行了验证,有益于理解孔腔非定常流动的物理机理,且为抑制孔腔流激噪声奠定了基础。     

螺旋桨/轴系激励下圆柱壳结构低频辐射噪声模式

将潜艇简化为圆柱壳模型,以采用结构有限元耦合流体边界元方法所获得的圆柱壳结构振动响应为输入,通过波数谱展开的方法给出圆柱壳辐射声功率波数谱和与各阶环向振动相对应的辐射声功率。针对各螺旋桨/轴系激振力工况,对与各阶环向振动相对应的辐射声功率进行对比分析,获得螺旋桨/轴系激励下圆柱壳的低频主辐射噪声模式。对圆柱壳的辐射噪声模式分析表明,对轴向激振力工况,柱壳的噪声辐射模式以呼吸辐射模式和弯曲辐射模式为主;对侧向激振力和垂向激振力工况,柱壳的噪声辐射模式以弯曲辐射模式为主。结论可为壳体噪声控制提供方向。     

管路消振器降低管路振动与脉动压力

提出了一种既能减小管路振动又能衰减流体压力脉动的管路消振器结构。该结构将流体消振器扩张室设计成弹性壁，随着流体脉动压力的变化，使扩张室的体积发生变化，以降低不可压缩流体脉动压力。理论计算和试验验证表明，该弹性壁结构对降低管路流体脉动压力和振动是可行的。在80Hz以内理论计算值与试验值较为一致。从实际配机试验结果看，该结构对管路流体脉动压力以及管路机械振动有相当明显的衰减效果。     

离心泵水动力噪声计算方法研究

离心泵作为舰船重要的流体机械,也是管路系统中主要噪声源之一。泵内流动诱发噪声的计算难点在于流噪声声源的准确模拟和边界条件的确定。文中采用CFD方法计算泵内流场并根据FW-H方程提取叶轮转动偶极子声源和蜗壳内表面偶极子声源;基于管道测试技术获得泵进出口边界条件,建立了以蜗壳为界的边界元模型,考虑了蜗壳对声传播的散射作用。通过内域声学直接边界元方法求解泵内声场,建立了离心泵水动力噪声的计算方法。通过试验测试对建立的计算方法进行了验证。计算分析表明:离心泵内主要噪声源为蜗壳表面偶极子声源;泵出口噪声大于入口,具有偶极子声源特性。