天然气集输站场流噪声研究

【摘要】：天然气集输站场在调压计量、分输时,由于管内介质流动状态产生变化,涡流扰动随之形成,伴随着与管道壁面之间的摩擦,最终产生了流体动力性噪声,即流噪声。天然气集输站场的流噪声主要来源于钢质弯管、三通等部件以及汇管、调压阀、过滤分离器等设备。 针对天然气集输站场流噪声超标问题,以大涡模拟与FW-H声比拟理论相结合的理论分析方法,开展站场不同弯头及汇管流噪声的形成机理与影响因素分析。引入小孔消声技术,建立相应的分析模型,结合流噪声计算结果,分析小孔消声器的有效性和适应性,并提出合理、有效的天然气集输站场流噪声防控措施,具体内容如下： (1)基于大涡模拟与FW-H声比拟理论相结合的天然气集输站场流噪声研究。通过对站场弯头、汇管流噪声的模拟分析,及其影响因素的讨论,验证了LES与FW-H声比拟理论相结合的分析方法在天然气集输站场流噪声研究方面的有效性。 (2)针对天然气集输站场常用弯头和汇管的流噪声问题,建立弯头、汇管流噪声计算模型,利用ANSYS Flu ent软件进行计算,分析流噪声声压级分布规律。计算分析结果表明：站场弯头内流噪声声压级最高为100dB、汇管内流噪声声压级高达110dB,均超出了国家规定的环境噪声等级(70dB)；弯头、汇管流噪声声压级所对应的频率分布范围较宽,各个频率都存在一定的声波能量,是一种宽频噪声。 (3)根据弯头流噪声声压级分布情况,建立不同结构的弯头模型,基于声场分析软件,对不同工况条件下的声压级变化进行研究。研究表明：弯头流噪声的发声机理主要是弯头处二次流以及涡流的作用,而随着弯头角度的减小或弯曲半径的增大,急变流的影响逐渐减小,能够有效控制弯头处的流噪声等级;伴随着压力每提升0.1MPa,弯头管段壁面附近的声压级提高1dB～3dB。 (4)对站场汇管进出气管相对或者错开两种不同连接方式的流噪声声压级的分布情况进行模拟计算,分析不同连接形式对声压级的影响。分析结果表明：汇管进出气管相错开连接时,随着进气管管径的减小,进气管末端的流噪声声能量逐渐增强、声压级逐渐增加,且增加幅度越来越大；汇管进出气管相对连接时,进气管末端喷射出流对汇管壁面的损害较低,且造成的冲击噪声更小。 (5)在合理确定天然气集输站场流噪声超标问题的基础上,建立汇管小孔消声器模型,设计了对应条件下的小孔消声器,其参数为：小孔孔径为3mm,小孔数量为480个,消声器管径与长度分别为60mm和650mm。在汇管进气管内安装小孔消声器,分析小孔消声器的降噪效果。结果表明：小孔消声器能够有效降低汇管内的流噪声声压级,对低频段声压级,降噪效果最高可达37.4dB,平均降噪20.9dB。 【关键词】：流噪声 大涡模拟 FW-H声比拟理论 小孔消声器
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE86;TB53
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 研究背景及意义8
• 1.2 流噪声研究概述8-12
• 1.2.1 流噪声产生机理8-10
• 1.2.2 流噪声数值计算10-11
• 1.2.3 流噪声降噪技术11-12
• 1.2.4 存在的问题12
• 1.3 研究内容和研究方法12-14
• 1.3.1 研究内容12-13
• 1.3.2 研究方法及技术路线13-14
• 1.4 研究结论与创新点14-16
• 1.4.1 研究结论14
• 1.4.2 创新点14-16
• 第2章 天然气集输站场流噪声数值计算16-24
• 2.1 天然气集输站场流噪声数值计算16-19
• 2.1.1 FW-H声比拟理论16-18
• 2.1.2 大涡模拟18-19
• 2.1.3 集输站场流噪声数值计算19
• 2.2 无关性验证19-23
• 2.2.1 网格无关性验证19-21
• 2.2.2 时间独立性验证21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 弯头管段流噪声研究24-46
• 3.1 弯头管段模型参数设置24
• 3.2 弯头流噪声声压级分析24-25
• 3.3 弯头流噪声影响因素分析25-45
• 3.3.1 弯头角度对声压等级的影响25-31
• 3.3.2 弯曲半径对声压等级的影响31-38
• 3.3.3 工况条件对声压等级的影响38-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 汇管流噪声研究46-57
• 4.1 汇管模型参数设置46
• 4.2 汇管流噪声声压等级分析46-47
• 4.3 不同汇管链接形式流噪声研究47-56
• 4.3.1 进出气管错开连接对汇管流噪声的影响47-51
• 4.3.2 进出气管相对连接对汇管流噪声的影响51-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 小孔喷注消声器的应用57-66
• 5.1 小孔喷注消声器消声机理57-58
• 5.2 小孔喷注消声器设计58-59
• 5.2.1 小孔消声器设计计算58-59
• 5.2.2 小孔消声器的结构设计59
• 5.3 小孔消声器声压等级分析59-65
• 5.3.1 小孔消声器模型建立59-60
• 5.3.2 小孔消声器声压级分析60-65
• 5.4 本章小结65-66
• 第6章 结论与建议66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 建议67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 附录73-83
• 附录1 不同弯曲半径各监测截面声压级图73-81
• 附录2 不同监测点声功率密度图81-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果83

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