[发明专利]一种管路转向及分流构件声学特性谱图计算方法

说明书

本发明公开了一种管路转向及分流构件声学特性谱图计算方法。本发明的过程为：搭建管路转向及分流构件测试系统，采用统计平均方法、标准偏差和功率谱密度判定其稳定性；对基于LES的Smagorinsky模型和WALE模型计算管路转向及分流构件进出口压力和出口壁面脉动压力，并与试验值进行比较，从而找出误差最小的LES模型；建立流固声耦合数值计算方法，并对管路转向及分流构件进行计算，分析流动噪声和流致噪声的声压级频响曲线、倍频程、声指向性，构建声学特性图谱。本发明构建的管路转向及分流构件声学特性图谱，可以为船舶管路系统的低噪声设计提供依据。

技术领域

本发明属于船舶管路设计领域，特别指一种管路转向及分流构件声学特性谱图计算方法。

背景技术

船舶管路系统是船舶为了完成一定任务而专门用来输送和排除液体或者气体的管路、机械设备和检测仪表等的总称。船舶管路系统在实现流体介质传输、流体动力和流体信息传输功能的同时，总是伴随着产生振动和噪声。管路系统由辅机设备(包括泵、风机等)、调节附件(阀、节流元件)、管道(包括直管段、弯管、三通管、变径管等)、振动噪声控制器件(包括挠性接管、消声器、脉动压力衰减器、弹性穿舱结构与柔性支撑等)和声学材料等组成。在船舶管路系统中，由转向及分流构件引起的流体流动方向和流动状态发生突然变化会导致管路系统产生振动与噪声。同时，管路的振动会传递影响到其它结构，尤其当压力脉动频率与管路系统的固有频率接近时，会引起共振，进而影响船舶性能，甚至威胁到船舶的安全航行。为此，对船舶管路系统中转向及分流构件(三通管、弯管、变径管等)进行流固声耦合特性分析，研究管路转向及分流构件声学特性谱图计算方法非常有必要，对管路系统的减振降噪设计有着重要意义。

迄今为止，尚未见船舶管路转向及分流构件声学特性谱图计算方法的公开报道。

发明内容

为了研究船舶管路转向及分流构件的主要结构参数与声场之间的规律，建立管路转向及分流构件声学特性谱图而提出本发明。

为达到以上目的，采用如下技术方案：

(1)搭建管路转向及分流构件测试系统，该系统包含储水罐、球阀、泵送循环管路系统、闸阀、隔振消声罐、蝶阀、测试管路系统，其中泵送循环管路系统由泵进口循环软管、循环水泵、泵出口循环软管组成，测试管路系统由测试管路进口软管、电磁流量计、消声器、进口挠性软接头、测试的管路转向及分流构件、测试件支撑装置、出口挠性软接头、隔振砂箱、测试管路出口软管、管箍构成；

所述测试管路系统中测试件支撑装置上安装管箍，将测试的管路转向及分流构件固定在测试件支撑装置上，其中管箍支撑位置添加橡胶垫进行减振消声；所述测试管路系统中进口挠性软接头与测试管路进口软管连接，所述测试管路系统中出口挠性软接头与测试管路出口软管连接，从而防止管路上、下游系统引起的结构振动传递至测试段；所述测试管路系统中测试的管路转向及分流构件进口法兰与进口挠性软接头连接，所述测试管路系统7中测试的管路转向及分流构件出口法兰与出口挠性软接头连接，从而消除系统振动对测试段的影响；所述测试管路系统中测试管路进口软管和测试管路出口软管均采用隔振砂箱进行固定，从而进一步减振消声。

(2)采用统计平均方法、标准偏差和功率谱密度对不同时刻管路转向及分流构件进口来流的压力脉动进行分析来判定管路转向及分流构件测试系统的稳定性，具体步骤如下：

①在5m/s的进口来流情况下进行N次试验，提取在不同时刻管路转向及分流构件进口监测点A1的压力脉动，得到A1点压力随时间的变化曲线，其中N≥12；

②在5m/s的进口来流情况下进行N次试验，采集在不同时刻管路转向及分流构件进口监测点A1的压力随机抽选6～8组结果作算术平均得到压力算术平均值，并计算出A1脉动压力的算术平均值最大偏差；

③通过测量不同时刻管路转向及分流构件进口监测点A1的三个不同相位处的压力脉动，并对压力脉动的时域结果进行均方根，计算出A1的脉动压力均方根及偏差；