本發(fā)明涉及流體力學(xué)，尤其涉及一種用于t型氣液兩相管流壓力脈動(dòng)衰減器的分析方法。

背景技術(shù)：

1、氣液兩相管流系統(tǒng)廣泛存在于石油運(yùn)輸管道、化工廠、船舶管道，核電站等需要?dú)庖航粨Q、混合、分離的應(yīng)用場(chǎng)景中。大量報(bào)告指出，氣液兩相管道流動(dòng)將引起的較為嚴(yán)重管道振動(dòng)、磨損、失效、以及噪聲。

2、氣液兩相流會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的管道振動(dòng)，產(chǎn)生較大噪聲。在船舶的運(yùn)用中，管路流體傳輸所引起的振動(dòng)噪聲是直接影響船舶噪聲性能的重要因素，而管路振動(dòng)噪聲控制也是船舶減振降噪工程研究中的重要組成部分。船舶發(fā)電機(jī)燃燒艙室有害氣體經(jīng)過(guò)處理后，剩余氣體為由二氧化碳和氧氣等組成的混合氣體，其中二氧化碳的含量為90％。這些氣體將經(jīng)過(guò)t型管道混入海水中，在二氧化碳溶解過(guò)程中，將形成復(fù)雜的氣液兩相流，在此過(guò)程中將產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲污染。

3、針對(duì)t型氣液兩相管流的壓力脈動(dòng)及衰減分析研究較少，t型管道研究主要關(guān)注點(diǎn)在于兩相分離現(xiàn)象，很少有關(guān)注放在純液相與純氣相的混合情況。相關(guān)的研究大多集中在微通道t型管的或者反應(yīng)器中兩相混合。很少有關(guān)于管道直徑在50mm～3mm左右的t型管道氣液兩相混合研究。因此，針對(duì)該類(lèi)t型氣液兩相管流的壓力脈動(dòng)衰減裝置就更少了。h型衰減器，如圖2所示，作為主要研究對(duì)象，其主要利用油柱共振原理形成反相波來(lái)衰減特定頻率段內(nèi)的脈動(dòng)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，衰減效果好，應(yīng)用廣泛，除了通過(guò)避免間歇流、攪拌流、波狀流等流型的產(chǎn)生來(lái)達(dá)到降噪目的，然而現(xiàn)有技術(shù)尚沒(méi)有通過(guò)改變h型衰減器的內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)，使得加裝衰減器控制管內(nèi)流場(chǎng)脈動(dòng)等方案來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相流的噪聲控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服或緩解以上一個(gè)或多個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明目的是提供一種用于t型氣液兩相管流壓力脈動(dòng)衰減器的分析方法，其根據(jù)仿真模擬的t型氣液兩相管流的特性，來(lái)分析對(duì)應(yīng)抑制高頻頻率響應(yīng)的h型衰減器，進(jìn)行參數(shù)對(duì)比，以選擇較優(yōu)參數(shù)使得壓力脈沖得到更有效抑制，進(jìn)而較大程度上降低兩相流的混流產(chǎn)生的噪音。

2、本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

3、一種用于t型氣液兩相管流壓力脈動(dòng)衰減器的分析方法，其包括以下步驟：

4、s1:建立t型氣液兩相管道幾何模型及其對(duì)應(yīng)計(jì)算模型；

5、s2:進(jìn)行幾何模型驗(yàn)證，設(shè)置t型氣液兩相管道的物理參數(shù)和邊界條件；通過(guò)分別改變氣液速度、氣相入流進(jìn)行t型氣液兩相管流的流型、流場(chǎng)特性分析；

6、s3:對(duì)t型氣液兩相管道進(jìn)行m序列形式的壓力或流速脈動(dòng)信號(hào)作為t型氣液兩相管道氣液入口的激勵(lì)源，以模擬t型氣液兩相管道產(chǎn)生的壓力高頻噪聲響應(yīng)；

7、s4:模擬各種尺寸的h型衰減器，對(duì)比分析不同共振腔體的尺寸下，特定壓力頻段的衰減效果；

8、s5:通過(guò)不同規(guī)格的h型衰減器的衰減效果的分析對(duì)比，得到較好進(jìn)行t型氣液兩相管流壓力脈動(dòng)衰減的衰減器的物理構(gòu)造參數(shù)。

9、根據(jù)一些實(shí)施方式，s1步驟中所述t型氣液兩相管道幾何模型通過(guò)仿真軟件進(jìn)行幾何二維仿真，仿真步驟如下：

10、s11:計(jì)算場(chǎng)的幾何構(gòu)建，使用三維模型繪制軟件進(jìn)繪制，得到幾何模型；

11、s12:計(jì)算的網(wǎng)格劃分方案，將得到的幾何模型導(dǎo)入到仿真軟件中進(jìn)行貼合模型的網(wǎng)格處理；

12、s13:計(jì)算所需模型以及參數(shù)選擇，對(duì)于兩相流仿真，選擇三維模型繪制軟件的求解器以及相應(yīng)的湍流模型，混合k-ε模型、相間相互作用湍流模型，流場(chǎng)的求解算法包括piso、pimple、simple算法；

13、s14:流場(chǎng)的物理參數(shù)設(shè)置，所述物理參數(shù)包括對(duì)于兩相流需要指定相間的質(zhì)量、熱傳輸物理參數(shù)；

14、s15:邊界條件及初始條件的指定，初始場(chǎng)及邊界參數(shù)的改變對(duì)流場(chǎng)的影響是仿真的分析重點(diǎn)；

15、s16:離散格式的指定，離散對(duì)象為控制方程中的各個(gè)項(xiàng)；

16、s17:控制計(jì)算的參數(shù)，目的為保證計(jì)算精度、數(shù)據(jù)采樣精度以及采樣長(zhǎng)度的同時(shí)，且以最快的速度完成對(duì)流場(chǎng)的數(shù)值模擬計(jì)算。

17、根據(jù)一些實(shí)施方式，在步驟s4中，h型衰減器的共振角頻率的計(jì)算公式為：

18、

19、式中，ω為共振角頻率，a為兩相流、氣體或液體的聲速，d1為衰減器頸部直徑，l1為頸部長(zhǎng)度，v2為共振腔體積。

20、根據(jù)一些實(shí)施方式，步驟s1中，所述計(jì)算模型包括氣液兩相流控制方程、氣液兩相流湍流模型、邊界層與壁面函數(shù)和溶解度模型，所述氣液兩相流控制方程包括平均連續(xù)性方程以及平均動(dòng)量守恒方程、平均能量守恒方程。

21、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具備以下有益效果：

22、本發(fā)明通過(guò)對(duì)t型氣液兩相管道內(nèi)的管流的模擬來(lái)進(jìn)行衰減器的分析對(duì)比，在模擬過(guò)程中充分考慮了t型氣液兩相管道中的管流特性的多種影響因素，為了更準(zhǔn)確的描述兩相流系統(tǒng)的在不同激勵(lì)下的頻率響應(yīng)，獲得更多頻率分量下的響應(yīng)，在入口邊界加入m序列信號(hào)。對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析，權(quán)衡了計(jì)算效率，和結(jié)果的準(zhǔn)確性，選擇了最合適的網(wǎng)格劃分方案進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。為了驗(yàn)證計(jì)算模型流型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)t型氣液兩相管道中的氣液兩相流還進(jìn)行了模擬驗(yàn)證分析。

23、在網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)上，選取不同氣液入口速度邊界條件，對(duì)t型管道流型變化、出口壓力、出口氣液速度脈動(dòng)特性、幅值變化以及出口溶解效率的變化進(jìn)行了分析。接著考察了不同氣相入流角度，以及不同環(huán)境壓力下，流動(dòng)特性的變化規(guī)律。由此來(lái)減小壓力脈動(dòng)，提高co2溶解效率。

24、對(duì)t型管道入口施加不穩(wěn)定的壓力、速度激勵(lì)信號(hào)，如m序列偽隨機(jī)信號(hào)，以此來(lái)模擬管道的頻率響應(yīng)，對(duì)比分析了幾種不同的脈動(dòng)衰減器，以及不同布置方式，以保證衰減器腔體內(nèi)只有液體或者氣體(也即衰減器只衰減氣體或液體的脈動(dòng))，通過(guò)仿真獲得各個(gè)衰減器的插入損失和傳遞損失以評(píng)判其對(duì)壓力脈動(dòng)噪聲的衰減效果。

技術(shù)特征：

1.一種用于t型氣液兩相管流壓力脈動(dòng)衰減器的分析方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于t型氣液兩相管流壓力脈動(dòng)衰減器的分析方法，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于t型氣液兩相管流壓力脈動(dòng)衰減器的分析方法，其特征在于：在步驟s4中，h型衰減器的共振角頻率的計(jì)算公式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于t型氣液兩相管流壓力脈動(dòng)衰減器的分析方法，其特征在于：步驟s1中，所述計(jì)算模型包括氣液兩相流控制方程、氣液兩相流湍流模型、邊界層與壁面函數(shù)和溶解度模型，所述氣液兩相流控制方程包括平均連續(xù)性方程以及平均動(dòng)量守恒方程、平均能量守恒方程。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及流體力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，其公開(kāi)了一種用于T型氣液兩相管道壓力脈動(dòng)衰減器的分析方法，其包括以下步驟：S1:建立T型氣液兩相管道幾何模型及其對(duì)應(yīng)計(jì)算模型；S2:進(jìn)行幾何模型驗(yàn)證，通過(guò)分別改變氣液速度、氣相入流進(jìn)行T型氣液兩相管流的流型、流場(chǎng)特性分析；S3:模擬T型氣液兩相管道產(chǎn)生的壓力高頻噪聲響應(yīng)；S4:模擬各種尺寸的H型衰減器，對(duì)比分析不同共振腔體的尺寸下，特定壓力頻段的衰減效果；S5:通過(guò)不同規(guī)格的H型衰減器的衰減效果的分析對(duì)比，得到較好進(jìn)行T型氣液兩相管流壓力脈動(dòng)衰減的衰減器的物理構(gòu)造參數(shù)。本發(fā)明考慮了T型氣液兩相管道中的管流特性的多種影響因素，模擬真實(shí)場(chǎng)景的管流，對(duì)應(yīng)分析較好衰減效果的H型衰減器。

技術(shù)研發(fā)人員：杜潤(rùn),劉曉紅,黃凡,宋春華,戴凌鋒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5