用于设计声涡旋管道系统的CFD仿真方法

本发明属于涡旋声束，涉及一种用于设计声涡旋管道系统的cfd仿真方法。

背景技术：

1、随着社会的不断发展，各种各样机器被发明出来，随之而来的噪声问题对人们的日常生活也造成了不小的影响，其中排气噪声是造成噪声问题的主要因素之一，如汽车的排气噪音。管道是排气系统中必不可少的部件，工作时，噪音会跟随气体一同由管道排出，这样很容易就会造成噪声污染问题，同时噪声中也蕴含着可观的能量。如果能设计一种管道系统，使声波在管道某区域形成声涡旋，并驱动该区域内的叶轮旋转，将声能转换为旋转动能，那么既可以获得消声降噪效果，又可以回收利用这部分声能，减少能源浪费，但现有的技术中，对于采用流体仿真方法设计声涡旋管道系统的研究较少，而进行实验又要花费大量的时间，人力物力，较为麻烦。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于设计声涡旋管道系统的cfd仿真方法，通过对声涡旋管道系统模型进行仿真分析，使排气噪声在管道某区域形成涡旋，准确高效的检测生成的声涡旋，可大大节省设计成本。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种用于设计声涡旋管道系统的cfd仿真方法，其包括以下步骤：

4、s1、构建声涡旋管道系统三维模型；

5、s2、对构建的三维模型进行网格划分；

6、s3、设置cfd仿真过程的边界条件；

7、s4、启动cfd仿真任务，处理结果数据，验证产生的声涡旋是否符合相位特征；若符合则加工样件以完成试验验证，若不符合则修改模型参数并返回步骤s2。

8、进一步的，所构建的声涡旋管道系统包括依次连接的入口延长管、源区、管道阵列、声涡旋生成区和出口延长管。

9、其中管道阵列包括多个管道，且相邻管道间具有固定长度差δl，从而使相邻的管道输出具有相同相位差的声波，长度差表示为：

10、

11、式中，c表示声速，f0表示排气噪音的基频，l表示针对噪声成分构建的声涡旋拓扑级数，ns表示管道的数量。

12、进一步的，步骤s2具体为，将所构建的模型划分为多面体网格，其中，减小声涡旋生成区网格的尺寸，即对声涡旋生成区的网格进行加密，以保证声涡旋生成区的网格质量。

13、进一步的，步骤s3中，设置的边界条件包括：模型管道材料设置为铝合金，模型壁面设置为无滑移绝热壁面，不考虑流体与壁面间的热传导；气体设置为理想气体，模型入口边界条件设置为压力无限远场边界，出口边界条件设置为无反射边界。

14、进一步的，步骤s4中，所述验证产生的声涡旋是否符合相位特征包括：在所构建模型的声涡旋生成区设置圆形监测点阵列，用以检测所述声涡旋生成区产生的声涡旋的声压和相位是否与理论声涡旋相匹配；其中，理论声涡旋的声压表示为：

15、

16、式中，pn表示第n个监测点处的声压，n∈[1,nr]，nr表示监测点数量，p0表示声压常数，i表示单位虚数；

17、理论声涡旋的相位表示为：

18、

19、即每个监测点相对于前一监测点有2πl/nr的相位延迟。

20、其中，圆形监测点阵列设置在声涡旋生成区出口相距一定距离的平面处，以管道阵列中最短管道出口对应的监测点为第一监测点，按逆时针方向沿圆周排列监测点，且监测点序号递增。

21、本发明的有益效果在于：本发明通过对声涡旋管道系统模型进行仿真分析，使排气噪声在管道某区域形成涡旋，准确高效的检测生成的声涡旋，可大大节省设计成本。

22、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种用于设计声涡旋管道系统的cfd仿真方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的cfd仿真方法，其特征在于：所述声涡旋管道系统包括依次连接的入口延长管、源区、管道阵列、声涡旋生成区和出口延长管。

3.根据权利要求2所述的cfd仿真方法，其特征在于：所述管道阵列包括多个管道，且相邻管道间具有固定长度差δl，从而使相邻的管道输出具有相同相位差的声波，长度差表示为：

4.根据权利要求2所述的cfd仿真方法，其特征在于：步骤s2具体为，将所构建的模型划分为多面体网格，其中，减小所述声涡旋生成区网格的尺寸。

5.根据权利要求1所述的cfd仿真方法，其特征在于：步骤s3中，设置的边界条件包括：模型管道材料设置为铝合金，模型壁面设置为无滑移绝热壁面，不考虑流体与壁面间的热传导；气体设置为理想气体，模型入口边界条件设置为压力无限远场边界，出口边界条件设置为无反射边界。

6.根据权利要求1所述的cfd仿真方法，其特征在于：步骤s4中，所述验证产生的声涡旋是否符合相位特征包括：在所构建模型的声涡旋生成区设置圆形监测点阵列，用以检测所述声涡旋生成区产生的声涡旋的声压和相位是否与理论声涡旋相匹配；其中，理论声涡旋的声压表示为：

7.根据权利要求1所述的cfd仿真方法，其特征在于：所述圆形监测点阵列设置在声涡旋生成区出口相距一定距离的平面处，以管道阵列中最短管道出口对应的监测点为第一监测点，按逆时针方向沿圆周排列监测点，且监测点序号递增。

技术总结本发明涉及一种用于设计声涡旋管道系统的CFD仿真方法，属于涡旋声束技术领域。该方法包括：构建包括入口延长管、源区、管道阵列、声涡旋生成区和出口延长管的声涡旋管道系统三维模型；对构建的三维模型进行网格划分；设置CFD仿真过程的边界条件；启动CFD仿真任务，处理结果数据，验证产生的声涡旋是否符合相位特征；若符合则加工样件以完成试验验证，若不符合在修改模型参数并重新进行模拟仿真。本发明通过对声涡旋管道系统模型进行仿真分析，使排气噪声在管道某区域形成涡旋，准确高效的检测生成的声涡旋，可大大节省设计成本。技术研发人员：刘联鋆,李阳生,邹涛,李金程受保护的技术使用者：重庆大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2