船舶管路气动噪声数值模拟及优化设计

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现代舰船内部分布着众多保证船舶正常工作的管路系统,这些管路系统在正常工作的同时,也带来了不容忽略的噪声问题,对工作在船上的人员造成了困扰。而这其中通风管路由于直接与船上的生活舱室相连通,由此而来的气动噪声问题就显得格外重要。船上的管路形式多样,包括圆管、方管,直管、弯管以及直角弯管、圆角弯管。由于船舶管路长度长、分布广且形式复杂的特点,一直以来对船上管路气动噪声的预测都是一个难点。本文首先对船上复杂的管路系统的特点进行了归纳,抽象出了几种船上常见的管路模型;然后应用计算流体力学的方法,使用大型流体仿真软件Fluent对通气管路模型内部流场进行了瞬态计算,得到了时域下管壁内部的脉动压力分布,然后将得到了时域结果导入声学计算软件LMS Virtual.Lab Acoustics进行声学有限元计算,得到管路声压云图及出口监测点处的气动噪声声压级曲线。并对不同的管路模型进行对比分析,得到管路气动噪声规律以及更加优化的船舶管路形式,可为船舶舱室噪声的计算提供通气管路气动噪声数据。计算结果表明,对于船上通气管路,圆管的气动噪声水平要低于方管,因此圆管的气动噪声特性要好于方管;圆角弯的气动噪声水平要低于直角弯,且随圆角弯管的弯角半径增大,气动噪声降低。因此船上管路设计应尽可能使气流的流动均匀,应避免急转弯,尽量采用圆角弯头代替直角弯头。降低船舶管道内气动噪声的最主要措施是限制管道内的风速,根据本文计算,管道内风速增大一倍,出口监测点处气动噪声声压级增大14—15分贝。由于根据相关规范,主管内的风速一般应不大于10m/s,对噪声要求严格的管路系统中主管道内的风速可控制在5m/s左右。
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