[发明专利]一种基于截面形状和转向半径联合控制的高效低噪声弯管及设计方法

权利要求书

1.一种基于截面形状和转向半径联合控制的高效低噪声弯管，其特征在于：所述弯管的进口端面和出口端面均为椭圆形结构，且该进口椭圆截面参数等于其出口椭圆截面参数；所述弯管转向角度为90°；所述的椭圆截面离心率取值(0,1)。

2.根据权利要求1所述的一种基于截面形状和转向半径联合控制的高效低噪声弯管，其特征在于：所述弯管转向半径取值范围在0.5D₁～2D₁，D₁为原始弯管的截面圆直径。

3.根据权利要求2所述的高效低噪声弯管的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先对弯管通过现场试验的方式对弯管进行性能及噪声特性进行测试，获得性能曲线及噪声信号；

(2)通过对噪声信号进行时、频分析获得不同流量下的声压分布以及频域特征，根据频谱特征判断噪声的影响因素；

(3)根据所述影响因素，以流噪声声压强、压力脉动强度以及熵产联合优化目标进行综合考虑，在保证其性能要求的基础上，对截面椭圆的离心率e、以及弯管的转向半径R两个参数设计多组双因素优选试验进行改进；

(4)通过对内部流场进行三维建模和网格划分建立弯管数值计算模型，对弯管内流场进行仿真计算，通过熵产分析能量损失情况，确定其参数是否符合要求；

(5)通过非定常计算获得不同流量下弯管内压力脉动特性，分析其脉动主要成分，脉动强度是否符合要求；

(6)基于弯管瞬态流场计算，通过建立弯管声场分析模型，获得弯管的内声场和外声场特性，判断弯管的远场噪声是否得到改善；

(7)验证改进效果，找出能量损失、压力脉动和噪声表现都优于原设计方案的新参数方案，通过三维造型得到实体结构图，并进行加工制造；

(8)将加工后的弯管进行试验测试，通过闭式试验台对改进后的弯管性能和噪声特性进行测试，采集噪声信号，验证优化效果，当试验结果对比原设计方案，满足能量损失变小、压力脉动变弱和噪声降低的要求时，得到最终的优化方案。

4.根据权利要求3所述的高效低噪声弯管的设计方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述影响因素包括机械噪声因素和流致噪声因素。

5.根据权利要求4所述的高效低噪声弯管的设计方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述双因素优选试验包括：

(1)双因素优选过程采用旋升法，在直角坐标中用矩形做参考，代表优选范围a＜x＜b，对应离心率0＜e＜1，c＜y＜d对应转向半径0.5D₁＜R＜2D₁；

(2)采用中线做参考，x＝(a+b)/2上，用单因素优选法求得最大值，即先取离心率e＝0.5，对转向半径在0.5D₁＜R＜2D₁范围内进行转向半径的单因素优选，单因素优选方法采用黄金分割法，即在y方向上分别取y₁＝c+(d-c)×0.618，y₂＝c+(d-c)×0.382，y₁、y₂两点对称，优选比较转向半径这一因素上y₁、y₂两点综合考虑的能量损失、压力脉动和噪声的值最小数值；

若y₁处数值小，去掉(c，y₂)，在留下的(y₂，d)中已经有一个y₁，然后再用以上求对称点的方式求y₃，直至求得转向半径的最优水平，令为点P₁；

(3)过所述点P₁作水平线，在该水平线上采用单因素优选的黄金分割法，求得离心率的最优水平，令为点P₂；

(4)过所述点P₂作垂直线，在该条水平线上采用上述单因素优选的黄金分割法，求得转向半径的最优水平，令为点P₃；

(5)多次执行上述(3)-(4)流程，直至截面椭圆的离心率e、以及弯管的转向半径R两个参数的试验结果均无明显改善，优化结束。