[发明专利]一种考虑流固耦合的充液管道噪声仿真预测方法及系统

说明书

本公开公开的一种考虑流固耦合的充液管道噪声仿真预测方法及系统，通过对阀门、三通、四通、变截面管等管道部件内部流场进行定常和非定常计算，获取瞬态流场压力信息，并建立以管道部件内壁面流场压力信息为激励源、管道部件外表面为结构噪声声源面的声学模型，结合声学包络网格对管道部件的结构噪声声辐射特性进行求解，实现了对管道部件结构噪声的仿真预测。能快速、准确地获得充液管道部件的结构噪声特性，可为管道部件的结构优化和噪声防治提供理论依据。

技术领域

本发明涉及管道噪声预测技术领域，尤其涉及一种考虑流固耦合的充液管道噪声仿真预测方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

管道噪声广泛存在于工业生产和日常生活中，严重的管道噪声污染会对设备仪器的稳定性和人体健康造成极大的影响。除了泵源噪声和流动噪声外，流固耦合作用导致的结构噪声也是管道噪声的重要组成部分。流体在流经管路系统中各类管道部件(如阀门、三通、四通、变截面管等)时，流体速度和压强发生剧烈变化，其内部压力脉动作用于管壁，激励管壁振动(即流固耦合)并向外辐射噪声，称为结构噪声。管道部件的结构噪声作为充液管道噪声的主要组成部分，其噪声特性及降噪控制方法具有很高的价值。

发明人认为，现有的测量管道部件的结构噪声的方法存在以下问题：(1)基于实验测量管道部件的结构噪声的方法对测量环境要求较高，容易受到环境噪声的干扰，测量结果波动较大，且实验测量结果往往受到管路其他部件噪声的影响，无法单独分析单个管道部件的噪声特性；(2)运用测量仪器如水听器等测量管道部件的结构噪声时，可能会对管道内部流场造成扰动，从而改变噪声特性，影响测量结果。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种考虑流固耦合的充液管道噪声仿真预测方法及系统，在考虑流固耦合作用的情况下，快速、准确地对充液管道部件的结构噪声进行数值模拟预测。

为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，提出了一种考虑流固耦合的充液管道噪声仿真预测方法，包括：

获取管道进口处流体速度和出口处流体压力；

构建管道部件的三维模型；

从构建的三维模型中抽取流体计算域模型，根据获取的管道进口处流体速度、出口处流体压力，对流体计算域模型进行定常计算和非定常计算，获得瞬态流场压力信息；

将瞬态流场压力信息作为激励源加载至声学模型中，获取管道部件的结构噪声声学特性；

其中，声学模型通过对三维模型构建固体计算域、声学计算域和完美匹配层，定义声学边界条件和声源面，设置管道部件的结构约束和流固耦合面，并对固体计算域、声学计算域、完美匹配层进行网格划分生成非等尺寸共节点声学包络网格获得。

第二方面，提出了一种考虑流固耦合的充液管道噪声仿真预测系统，包括：

数据获取模块，用于获取管道进口处流体速度和出口处流体压力；

三维模型构建模块，构建管道部件的三维模型；

瞬态流场压力信息获取模块，用于从构建的三维模型中抽取流体计算域模型，根据获取的管道进口处流体速度、出口处流体压力，对流体计算域模型进行定常计算和非定常计算，获得瞬态流场压力信息；

声学特性获取模块，用于将瞬态流场压力信息作为激励源加载至声学模型中，获取管道部件的结构噪声声学特性；

其中，声学模型通过对三维模型构建固体计算域、声学计算域和完美匹配层，定义声学边界条件和声源面，设置管道部件的结构约束和流固耦合面，并对固体计算域、声学计算域、完美匹配层进行网格划分生成非等尺寸共节点声学包络网格获得。