空调风管道系统气动噪声计算方法的对比与研究

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对于营造舒适的建筑室内环境,空调系统是不可或缺的,目前它已广泛应用于住宅、商业及工业等诸多领域。但与此同时,空调系统所带来的噪声问题也日益受到人们关注,噪声问题不仅会影响工作效率、降低生活品质,更会对身体健康带来不利影响。空调系统的噪声不仅由单个部件产生,它涉及整个系统的各个方面。相比风机噪声,管道内部因流体运动所产生的管道噪声的研究相对较少,但其实际影响亦不容忽视。本课题以空调风管内气体流动的噪声问题为着眼点:首先,将我国暖通空调行业指导手册《实用供热空调设计手册》(第二版)[1](手册1)与美国暖通空调制冷工程师学会编制的《ASHRAE Handbook》[2](手册2)和英国皇家屋宇装备工程师学会手册《CIBSE guide B》[3](手册3)等手册中有关空调噪声计算的理论公式进行了比较,发现三通管件气动噪声的计算存在明显差异。随后,搭建实验台,对三通风管内的气动噪声值进行了实验测试,并将实验参数代入理论公式进行计算,通过比较实测值与理论计算值,发现手册2算法的结果与实测数值更为接近,更贴近于实际情况。继而,采用Fluent与LMS virtual lab联合数值仿真的方法,对三通管件内部的压力场以及声压分布情况进行了模拟分析。模拟值与理论计算结果的对比表明手册2算法结果与模拟值更为符合,进一步证明了手册2中三通气动噪声算法的可取性。然后,在数值模拟方法的基础上,对管段截面形状、管道过渡倾角和流量分配比例这三种因素对三通气动噪声值所产生的影响进行了探究,模拟得到了各因素处于不同水平条件下三通内部压力场及声场的分布情况。比较后发现圆形支管三通相比矩形支管三通,分岔处局部压力梯度更小、气动噪声数值更低;而在支管分叉处设置一定角度的过渡段同样能降低局部压力梯度、削弱支管内气动噪声值;并且,当其他条件不变时,随着支管内流体占总排出流体比例的增加,支管内气动噪声的数值会相应增大。
摘要第3-5页
abstract第5-6页
1 绪论第10-15页
    1.1 研究背景及意义第10-11页
    1.2 国内外研究现状第11-13页
    1.3 课题研究主要内容第13-14页
    1.4 关键科学问题及创新点第14-15页
2 规范与手册理论公式的比较第15-29页
    2.1 各国手册噪声相关内容简介第15-16页
        2.1.1 《实用供热空调设计手册》第15页
        2.1.2 《ASHRAEHandbook》第15页
        2.1.3 《CIBSEguide》第15-16页
        2.1.4 《空气调节·卫生工学便览》第16页
    2.2 风管系统气动噪声的计算方法第16-22页
        2.2.1 直管段气动噪声第16-17页
        2.2.2 弯头段气动噪声第17-19页
        2.2.3 三通段气动噪声第19-21页
        2.2.4 出风口气动噪声第21-22页
    2.3 风管系统气流衰减量的计算方法第22-25页
        2.3.1 直管段气流衰减第22-23页
        2.3.2 弯头段气流衰减第23-24页
        2.3.3 三通段气流衰减第24页
        2.3.4 末端反射衰减第24-25页
    2.4 噪声值的叠加第25页
    2.5 房间修正第25-26页
    2.6 算例比较第26-28页
    2.7 本章小结第28-29页
3 实验测试及数据分析第29-37页
    3.1 三通管件气动噪声实验组成及设备第29-30页
    3.2 主要设备及管件参数介绍第30-32页
    3.3 实验过程第32-33页
    3.4 实验结果与分析第33-36页
        3.4.1 实验结果整理第33-35页
        3.4.2 实验与理论计算的对比分析第35-36页
    3.5 本章小结第36-37页
4 气动声学与数值模拟第37-49页
    4.1 气动噪声产生原因第37页
    4.2 流场中的声源第37-38页
    4.3 流场控制方程第38-40页
    4.4 数值仿真的湍流模拟方法第40-41页
    4.5 几种常见湍流模型的介绍第41-43页
    4.6 数值模拟软件介绍第43-45页
        4.6.1 Fluent第43页
        4.6.2 LMSVirtualLab第43-44页
        4.6.3 气动噪声数值模拟流程第44-45页
    4.7 数值模拟方法可靠性的验证第45-48页
        4.7.1 几何模型及网格划分第45-46页
        4.7.2 风管内的流场模拟第46-47页
        4.7.3 风管内气动噪声的模拟第47页
        4.7.4 模拟结果与实测结果的对比第47-48页
    4.8 本章小结第48-49页
5 气动噪声的数值模拟第49-64页
    5.1 物理模型的建立与网格划分第49-51页
        5.1.1 三通模型建立第49页
        5.1.2 建模与网格划分第49-50页
        5.1.3 网格无关性验证第50-51页
    5.2 模拟求解过程第51-57页
        5.2.1 稳态流场和压力场的模拟第51-53页
        5.2.2 非稳态流场和压力场的模拟第53-55页
        5.2.3 三通气动噪声的数值模拟第55-57页
        5.2.4 模拟结果探讨第57页
    5.3 数值模拟结果影响因素的探究第57-63页
        5.3.1 压力离散格式对结果的影响第57-59页
        5.3.2 压力松弛因子对结果的影响第59-60页
        5.3.3 文件输出数目对结果的影响第60-62页
        5.3.4 映射节点数目对结果的影响第62-63页
    5.4 本章小结第63-64页
6 三通管件气动噪声影响因素的探究第64-82页
    6.1 不同支管截面形状三通的噪声模拟第64-68页
        6.1.1 模型建立与流场计算第64-65页
        6.1.2 声学响应计算第65-68页
        6.1.3 支管形状对三通噪声的影响分析第68页
    6.2 不同支管倾角三通的噪声模拟第68-75页
        6.2.1 模型建立与流场计算第69页
        6.2.2 声学响应计算第69-74页
        6.2.3 支管倾角对三通噪声的影响分析第74-75页
    6.3 不同流量分配比例三通的噪声模拟第75-80页
        6.3.1 模型建立与流场计算第75-76页
        6.3.2 声学响应计算第76-80页
        6.3.3 支管流量占比对支管气动噪声的影响分析第80页
    6.4 本章小结第80-82页
7 总结与展望第82-84页
    7.1 全文工作总结第82-83页
    7.2 后续展望第83-84页
致谢第84-85页
参考文献第85-87页
作者在读期间的研究成果第87页
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