【導(dǎo)讀】時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的空化噪聲，從而產(chǎn)生噪聲污染。的產(chǎn)生，并使之減小到容許的水平。污水進(jìn)行有效冷卻，減少汽泡的產(chǎn)生。在噴射泵后添加消聲器，進(jìn)一。本文對噴射泵和消聲器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過ANSYS建模，利用流體。計(jì)算軟件FLUENT對噴射泵性能及消聲器阻力性能進(jìn)行了計(jì)算分析；通過實(shí)驗(yàn)對方案的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。用于解決高溫高壓水水下排放產(chǎn)生的噪聲問題。論文的研究對解決高。能力具有重要的意義。指導(dǎo)下，由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、除文中已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何。其他個(gè)人或集體己經(jīng)公開發(fā)表的作品成果。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人。的常規(guī)動(dòng)力裝置和核動(dòng)力裝置中，存在著很多高溫高壓水的工作場合。

　　

【正文】 果列于表 3． I中。 表 3． 1噴射泵會(huì)爭 =， (“ )對應(yīng)關(guān) 系 卸。一 “ 0 0． 5 1 1． 5 2 2． 5 3 3． 5 4 ?。?|卻 p O 21 3 0． 197 O． 179 O． 1 59 0． 1 38 0． 114 0． 089 0． 062 O． 033 特性曲線為如圖 3． 2所示。 卻 c|印 p 圖 3． 2噴射泵特性曲線 5．第二級的設(shè)計(jì) 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 為了簡化設(shè)計(jì)和加工的方便，以及對結(jié)構(gòu)尺寸的控制，采用第一 級混合后的水直接噴入第二級混合室，第二級混合室與第一級消聲器 的膨脹腔采用同一尺寸和結(jié)構(gòu)的管道，第二級混合室和第一級消聲器 的膨脹腔之間通過一密封隔板隔開。第一級噴射混合后的水噴出后引 射冷卻水，在第二級混合室內(nèi)混合，最終在出口流出。具體的結(jié)構(gòu)和 尺寸要和第二級消聲器進(jìn)行綜合考慮，在下一章消聲器的設(shè)計(jì)中將對 此進(jìn)行討論和設(shè)計(jì)。 3． 4噴射泵性能模擬計(jì)算 1．噴嘴結(jié)構(gòu)對噴嘴性能的影響 在噴射泵的設(shè)計(jì)中，噴嘴的形狀和結(jié)構(gòu) m 3”對其性能起著非常重 要的作用。根據(jù)設(shè)計(jì)噴嘴出口尺寸和混合室尺寸，建立了幾種不同內(nèi) 部形線的收縮噴嘴模型 (圖 3． 3所示 )，分別進(jìn)行了計(jì)算。其中噴嘴 (1)、 (2)內(nèi)部流道為錐狀收縮，其內(nèi)錐半夾角口 分別為 30。和 600；噴嘴 (3)內(nèi)部流道為內(nèi)凸半圓弧；噴嘴 (4)內(nèi)部流道線形狀滿足維多辛斯基曲 線計(jì)算公式 一 H餅 ]黼 r ∽。， 式中 ro為噴嘴進(jìn)口半徑， ^為出口半徑，為入口到出口的長度， x為 壁面上任一點(diǎn)到噴嘴進(jìn)口的軸向距離。 4． +|—— *三 +—— 一 p+—— 廣『： — 剝、一廣 — 劉 ．f r f， f， L— l 夕弘’ ／ 19 (1) (2) (3) (4) 哈爾濱工程大學(xué)碩十學(xué)位論文 計(jì)算尺寸：噴嘴喉口直徑西 =1 8mm，入口管道直徑唬 =32mm， 工作流體入口到噴嘴出口長度‘ =50ram，混合室內(nèi)徑琺 =50ram，混 合室長度。 =200mm。 圖 3． 4計(jì)算非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格 網(wǎng)格建立：如圖 3． 4所示，由于噴嘴與混合室為圓柱體，采用 2D 軸對稱建模，計(jì)算域取圖形一半；分離隱式求解，湍流模型為標(biāo)準(zhǔn) ks 模型，能量方程，各種形線噴嘴的來流條件和計(jì)算條件相同。噴嘴入 口類型取為 mass flow． inlet， Mass FlowRate為 4kg／ s，引射水入口類 型取為 pressure inlet，壓力為環(huán)境壓力，相對壓力為 0Pa；混合室出 口類型選取為 pressure— outlet，壓力設(shè)置為環(huán)境壓力。 表 3． 2噴嘴結(jié)構(gòu)對噴射性能的影響 序號 最先出現(xiàn)負(fù)壓點(diǎn) 最大負(fù)壓 Pa 引射流量 kg／ s 引射比 l 3． 97d ． 6152 7． 55 1． 89 2 2． 43d ． 6532 7． 50 】 S8 3 2． 41d ． 7003 6． 93 1． 73 4 3 97d 6043 6． 4I 1． 60 由表 3． 2可以看出， 30度 內(nèi)錐半角錐形噴嘴和維多辛斯基曲線噴 嘴出現(xiàn)負(fù)壓的位置離噴嘴出口的位置要更遠(yuǎn)一些；維多辛斯基曲線噴 嘴所出現(xiàn)的最大負(fù)壓值最小，而圓弧形噴嘴的最大負(fù)壓值最大；錐形 噴嘴的引射比要比其他形狀噴嘴的引射比大一些。表中 d為噴嘴出口 直徑。 圖 3． 5給出了相同計(jì)算條件下不同噴嘴結(jié)構(gòu)中高溫工作流體噴出 后的冷卻情況，錐形噴嘴對高溫工作流體的冷卻效果要好于其余兩種 形狀的噴嘴。 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖 3． 5不同形狀噴嘴的冷卻效果 圖 3． 6， 3． 7分別給出了四種不同內(nèi)部形線噴嘴軸線上的壓力分布 和速度分布， x／ d為距噴嘴出口距離工與噴嘴出口直徑 d之比。流體在 錐形噴嘴噴出后，壓力相對比較高，降低幅度比較大，其中內(nèi)錐半 圖 3． 6噴嘴軸線上的壓力分布 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖 3． 7噴嘴軸線上的速度分布 角為 60度的噴嘴出口壓降最大：在圓弧形噴嘴和維多辛斯基形線噴嘴 中，由于工作流體在流經(jīng)噴嘴的過程中趨于完全降壓，相對于錐形噴 嘴，出口后流速增加幅度小一些。 從上面的計(jì)算和分析可以看出，工作流體流出錐形噴嘴后有著更 大的壓力降，引射比更高，冷卻效果也要好一些。對于所研究的問題， 錐形噴嘴為優(yōu)選噴嘴，其中內(nèi)錐半角為 30度的噴嘴要更好一些。 2．工作流體流量對噴射泵引射性能的影響 圖 3． 8， 3． 9， 4． 0給出了內(nèi)錐半角為 30度的噴嘴在不同流量時(shí)對 軸線壓力，速度和溫度產(chǎn)生的影響， x／ d為距噴嘴出口距離 x與噴嘴出 口直徑 d之比。 隨著出口流速的增加，負(fù)壓值增大，負(fù)壓區(qū)也變寬 ，但是負(fù)壓出 現(xiàn)的位置要滯后一些，這說明隨著流動(dòng)速度的增加，抽吸能力增強(qiáng)， 造成的負(fù)壓值也要增大；流速的增加意味著工作流體出口壓力也要增 大，流動(dòng)受壁面等因素的限制，壓力不會(huì)瞬變，由正壓力降低到負(fù)壓 力需要更長的時(shí)間，相應(yīng)地，負(fù)壓出現(xiàn)的位置也會(huì)滯后一些。對于軸 36 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 線速度，流量的增加對應(yīng)著流速的增加，不同流量時(shí)流速的變化趨勢 圖 3． 7噴射泵軸線壓力 圖 3． 8噴射泵軸線速度 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖 3． 9噴射泵軸線溫度 是一致的；隨著流速的增加，引射系數(shù)有所降小，冷卻效果降低。 3． 5本章小結(jié) 本章介紹了噴射泵的工作原理和工作過程。利用福克斯滑移平衡 模型計(jì)算了流體的臨界質(zhì)量流速，確定了相應(yīng)流量下噴嘴的出口尺寸， 結(jié)合噴射泵設(shè)計(jì)理論對混合室的徑向尺寸和長度進(jìn)行了設(shè)計(jì)，簡要分 析了設(shè)計(jì)噴射泵的特性。作為。個(gè)算例，可以對不同參數(shù)的高溫高壓 水排放時(shí)噴 射泵的設(shè)計(jì)提供一個(gè)參考。噴嘴的形狀和流量對噴射泵性 能有著重要的影響，計(jì)算結(jié)果顯示錐形噴嘴對工作流體的冷卻效果要 好一些：隨著工作流體壓力的提高，射流抽吸能力增強(qiáng)，但會(huì)形成比 較低的負(fù)壓，在噴射泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)中要對這些因素進(jìn)行綜合考慮。 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 4章消聲器設(shè)計(jì)與計(jì)算分析 消聲器是一種既允許流體順利通過而又能夠有效消減流體噪聲的 裝置，或者說，消聲器是一種具有吸聲內(nèi)襯或者特殊結(jié)構(gòu)形式，能有 效降低噪聲的流體流動(dòng)管道。它可以看作是管道的一部分，在內(nèi)部做 聲學(xué)措施后減弱噪聲的傳輸或產(chǎn)生，但是允許流體通過。 4． 1消聲器的類型 消聲器的類型很多，根據(jù)消聲原理與用途，可以分為四類”168。 =(1) 抗性消聲器，它的特性主要決定于幾何形狀，利用沿管道聲能傳輸?shù)? 阻抗失配關(guān)系，使輸出聲能降低或者利用共振原理，使聲能在空腔內(nèi) 反復(fù)反射而消耗掉，它是一種聲學(xué)濾波器，降噪特性隨著頻率而變； (2)擴(kuò)散消聲器，它是降低噪聲產(chǎn)生的措施，利用穿孔板或者多孔性 材料把氣流噴注為大量小噴注，并使小噴注匯合后形成大面積、低速 度的噴注，這樣，產(chǎn)生的噪聲可大為降低； (3)阻性消聲器， 用吸聲 材料產(chǎn)生傳聲衰減，它通常具有頻率范圍較寬的降噪特性； (4)損耗 消聲器，在管壁內(nèi)裝穿孑 L板或微穿孔板，利用它們的非線性聲阻消耗 聲能。 阻性消聲器有著優(yōu)良的中高頻消聲性能，但是低頻消聲性能較差， 而且也難以提高，而抗性消聲器則相反，在中低頻具有較好的消聲性 能，高頻消聲性能較差，因此將阻性及抗性等不同消聲原理組合設(shè)計(jì) 即構(gòu)成了阻抗復(fù)合式消聲器。阻抗復(fù)合式消聲器結(jié)合了抗式和阻式兩 種消聲器的特點(diǎn)，在一個(gè)很寬的頻率范圍內(nèi)具有良好的消聲性能。 4． 2消聲器性能評價(jià)指標(biāo) 1．聲學(xué)性能 哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文 消聲器的聲學(xué)性能包括消聲量的大小和消聲頻率范圍的寬窄。 (1)傳遞損失 TL，或者稱透射損失。指消聲器的噪聲能量 (入 射聲功率級 o， )與消聲器出口能量 (透射聲功率級～： )之差。數(shù)學(xué) 表達(dá)式為： 形 TL=1019蚩 =‰ l— 02 (4一 1) 77 2 式中彬一一消聲器進(jìn) 1： 3聲功率， W； 職一一消聲器出口聲功率， w。 聲功率級不能直接測量得到，一般通過測量聲壓級來計(jì)算。因?yàn)? 聲壓級與聲功率級的關(guān)系是：在自由場中，當(dāng)消聲器兩端的連接管直 徑相同時(shí)，聲功率級正比于聲壓級的平方，所以 傳遞損失表達(dá)式可以 。 寫成： D TL=2019‘ 2。 1=0l一 42 (42) f2 傳遞損失是消聲器本身所具有的特性，它受聲源與環(huán)境的影響較 小。 (2)末端減噪量‰，也稱末端聲壓差，或噪聲降低。指消聲器 輸入與輸出兩端的聲壓級差 (包括反射聲壓 )。因其受環(huán)境的影響而 產(chǎn)生較大的誤差，現(xiàn)場測量很少使用。 (3)插入損失尼。插入損失是另～種較為廣泛使用的消聲器消 聲性能的評價(jià)量，在系統(tǒng)之外某定點(diǎn)分別測量系統(tǒng)中接入消聲器前、 后的聲壓級，二者之差即為插入損失。數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 11,=L。．一三 P2 插入損失并不單純反映消聲器本身的效果，而是反映聲源、消聲 器及消聲器末端三者的聲學(xué)特性的綜合效果。 (4)聲衰減量址。它是聲學(xué)系統(tǒng)中任意兩點(diǎn)間聲功率級的降低 值，反映了聲音沿消聲器通道內(nèi)的衰減量。 對一個(gè)消聲器來說，用不同的方法或在不同的聲學(xué)環(huán)境下測量， 其結(jié)果往往會(huì)有一定的差異。因此，在表示消聲器的效果時(shí)，應(yīng)注明 所用的測量方法和所在的測試環(huán)境，以便對消聲器的性能進(jìn)行比較和 哈爾濱丁程大學(xué)碩士學(xué)位論文 評價(jià)。 2．壓力損失 一般對消聲器的壓力損失有一定的要求。對消聲器壓力損失的評 價(jià)有三種 方法：一是總壓差法，二是靜壓差法，三是壓力系數(shù)法。 消聲器的壓力損失一般用阻力系數(shù)或阻力損失來表示。一個(gè)確定 的消聲器的阻力系數(shù)是一個(gè)定值。消聲器的阻力損失由兩部分組成， 一部分是局部壓力損失，另一部分是管壁摩擦阻力。兩者都是由于流 體運(yùn)動(dòng)時(shí)克服粘性切應(yīng)力所做功而引起的。前者發(fā)生在管路系統(tǒng)管徑 突變及管彎等截面積發(fā)生變化的地方，而后者是由管壁或消聲器壁面 的粗糙不平引起。 3．消聲器的結(jié)構(gòu)性能 消聲器的結(jié)構(gòu)性能是指它的外形尺寸、堅(jiān)固程度、維護(hù)要求、使 用壽命等，它也是評價(jià)消聲器性能的一項(xiàng)指標(biāo)。 好的消聲 器除應(yīng)有好的聲學(xué)性能和小的壓力損失之外，還應(yīng)該具 有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、造型美觀、制造工藝性好，同時(shí)要堅(jiān) 固耐用、工作可靠、維護(hù)簡單和造價(jià)便宜等特點(diǎn)。 評價(jià)消聲器的上述三個(gè)方面的性能，既相互聯(lián)系又相互制約。從 消聲器的消聲性能考慮，當(dāng)然在所需頻率范圍內(nèi)的消聲量越大越好； 但是同時(shí)必須考慮流動(dòng)性能的要求，在兼顧消聲器聲學(xué)性能和小的摩 阻的同時(shí)，還必須考慮結(jié)構(gòu)性能的要求，不但要耐用，還應(yīng)避免體積 重量過大、安裝困難等情況。在實(shí)際運(yùn)用中，要同時(shí)滿足上述三方面 的性能要求是困難的，必須進(jìn)行權(quán)衡和折衷。 4． 3消聲器的設(shè)計(jì) 高溫高壓飽和水排放消聲器的理論研究和生產(chǎn)，國內(nèi)尚無經(jīng)驗(yàn)， 水管路消聲器方面的研究也比