管道泄漏噪声的数值仿真分析.pdf

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1、第27卷第12期计算机仿真2010年12月文章编号：1006—9348(2010)12—0381—05管道泄漏噪声的数值仿真分析吉霞，吴亚锋，杨浩(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)摘要：在管道运输的研究中，针对实时监控问题，目前管道泄漏噪声的获得主要是采用实验的方法，易受模型尺寸、测量精度等因素限制。以广义莱特希尔(Lighthill)理论为基础，利用商业软件fluent对输流管道泄漏的流场进行数值仿真。据实际情况设置边界条件，分析了流速的变化。接着运用基于LES大涡仿真法和Fw—H方程相匹配的技术，对管道泄漏噪声进行了CAA数值仿真，通过快速

2、傅立叶变换对泄漏点处及测量点处的压力进行了频谱分析，对比r不同点声压的特点。通过仿真实验，结果表明，为噪声研究提供了参考，对实际的管道泄漏声场分析和监测有较大的参考价值。关键词：管道；泄漏；气动噪声；仿真中图分类号：0353．1文献标识码：BNumericalSimulationofPipelineLeakNoiseAnalysisJIXia，WUYa—feng，YANGHao(TheCofiegeofPowerandEnergyofTheNorthwesternPolytechniealUniversity，Xi’anShanxi710072，China)AB

3、STRACT：Atpresent，thepipeleaknoiseismainlyobtainedbyexperiment，thewayisrestrictedbythemodelsize，measurementaccuracyandotherconstraints，Inthispaper，basedongeneralizedLighthilltheory，wesimulatetheflowfieldofthetransmissionpipebycommercialsoftwsl-efluent．settheboundaryconditionsaccording

4、totheac-tualsituation．Throughlarge—eddysimulationandFIToftheleakagepointpressure，soundpressurefrequencyspectrumisobtained．Thisworkhavesomereferencevaluefortheanalysisandmonitoringofactualpiprlineleaksoundfield．KEYWORDS：Pipe；Leakage；Aemacousties；Simulationl引言随着管道运输在现代生产和生活中发挥着越来越大的作用，

5、管道泄漏问题也变得愈发突出，甚至造成无法挽回的损失。因此对于运输管道进行实时监测是极其重要的。管道在泄漏过程中，在内外压差的作用下，介质在空口形成最高的流动速度。泄漏的介质高速穿过微小空隙时，由于震动、减速、突然膨胀、扩张或撞击等，流体产生雷诺应力或剪切力形成湍流导致空气发声¨1。由于管道泄漏发声的复杂性，通过理论计算得到声场的具体分布十分困难。随着计算机和计算流体力学(cFD)的飞速发展，可以在计算机上采用有限元方法求解流体的运动、传热和传质的偏微分方程组，在此基础上进行过程模拟，同时对声学方程进行求解得到声压的分布情况。本文基于广义莱特希尔(Lighthil

6、l)理论，利用流体计算收稿日期：2009—10一20修回日期：2009—11—16软件fluent对管道泄漏的流场进行仿真，并对泄漏处和测量处的声场进行分析。2声学响应计算理论2．1Lighthill方程气动声学是建立在声学与流体力学基础上的一门交叉性和边缘性的学科。它所研究的是流体自身以及流体与固体相互作用而发声的机理，建立气动力学与声性能之间的关系式，在此基础上找出降低气动噪声的方法。计算气动声学(ComputationalAemacousties，CAA)是模仿真气动噪声最准确的方法，其局限性就是计算量很大。Lighthill方程是气动声学的基本方程，它可

7、以由理想流体的连续方程和动量方程导出：粤+V·(py)=Pq。(1)幽Ot=一V-(pw+P／一Ⅱ)+∥=一V·(pW一1r)+of(2)一381—1T=Ⅱ一P，=【一P+(肛’一知)口】，+29D(3)式中，P、V、P与S分别表示流体的密度、速度矢量、压强与熵扩为单位质量的流体所具有的质量力，qo为外部作用于流体的质量源，n与仃分别为粘性盈利张量与盈利张量；0为胀量，1为单位张量；D为应变速率胀量。方程(1)是连续方程，方程(2)是动量方程。令(Y，，y2，Y3)为直角笛号尔坐标系，于是连续方程方程与动量方程分别为亚Ot+素(训=Pqo(4)掣：一熹(gu以一

8、霄蔚)+西(5)1厂一瓦