一种用于T型气液两相管流压力脉动衰减器的分析方法
本发明涉及流体力学，尤其涉及一种用于t型气液两相管流压力脉动衰减器的分析方法。
背景技术：
1、气液两相管流系统广泛存在于石油运输管道、化工厂、船舶管道，核电站等需要气液交换、混合、分离的应用场景中。大量报告指出，气液两相管道流动将引起的较为严重管道振动、磨损、失效、以及噪声。
2、气液两相流会导致严重的管道振动，产生较大噪声。在船舶的运用中，管路流体传输所引起的振动噪声是直接影响船舶噪声性能的重要因素，而管路振动噪声控制也是船舶减振降噪工程研究中的重要组成部分。船舶发电机燃烧舱室有害气体经过处理后，剩余气体为由二氧化碳和氧气等组成的混合气体，其中二氧化碳的含量为90％。这些气体将经过t型管道混入海水中，在二氧化碳溶解过程中，将形成复杂的气液两相流，在此过程中将产生严重的噪声污染。
3、针对t型气液两相管流的压力脉动及衰减分析研究较少，t型管道研究主要关注点在于两相分离现象，很少有关注放在纯液相与纯气相的混合情况。相关的研究大多集中在微通道t型管的或者反应器中两相混合。很少有关于管道直径在50mm～3mm左右的t型管道气液两相混合研究。因此，针对该类t型气液两相管流的压力脉动衰减装置就更少了。h型衰减器，如图2所示，作为主要研究对象，其主要利用油柱共振原理形成反相波来衰减特定频率段内的脉动，并且结构简单，衰减效果好，应用广泛，除了通过避免间歇流、搅拌流、波状流等流型的产生来达到降噪目的，然而现有技术尚没有通过改变h型衰减器的内部具体结构，使得加装衰减器控制管内流场脉动等方案来实现两相流的噪声控制。
技术实现思路
1、为了克服或缓解以上一个或多个技术问题，本发明目的是提供一种用于t型气液两相管流压力脉动衰减器的分析方法，其根据仿真模拟的t型气液两相管流的特性，来分析对应抑制高频频率响应的h型衰减器，进行参数对比，以选择较优参数使得压力脉冲得到更有效抑制，进而较大程度上降低两相流的混流产生的噪音。
2、本发明提供了如下的技术方案：
3、一种用于t型气液两相管流压力脉动衰减器的分析方法，其包括以下步骤：
4、s1:建立t型气液两相管道几何模型及其对应计算模型；
5、s2:进行几何模型验证，设置t型气液两相管道的物理参数和边界条件；通过分别改变气液速度、气相入流进行t型气液两相管流的流型、流场特性分析；
6、s3:对t型气液两相管道进行m序列形式的压力或流速脉动信号作为t型气液两相管道气液入口的激励源，以模拟t型气液两相管道产生的压力高频噪声响应；
7、s4:模拟各种尺寸的h型衰减器，对比分析不同共振腔体的尺寸下，特定压力频段的衰减效果；
8、s5:通过不同规格的h型衰减器的衰减效果的分析对比，得到较好进行t型气液两相管流压力脉动衰减的衰减器的物理构造参数。
9、根据一些实施方式，s1步骤中所述t型气液两相管道几何模型通过仿真软件进行几何二维仿真，仿真步骤如下：
10、s11:计算场的几何构建，使用三维模型绘制软件进绘制，得到几何模型；
11、s12:计算的网格划分方案，将得到的几何模型导入到仿真软件中进行贴合模型的网格处理；
12、s13:计算所需模型以及参数选择，对于两相流仿真，选择三维模型绘制软件的求解器以及相应的湍流模型，混合k-ε模型、相间相互作用湍流模型，流场的求解算法包括piso、pimple、simple算法；
13、s14:流场的物理参数设置，所述物理参数包括对于两相流需要指定相间的质量、热传输物理参数；
14、s15:边界条件及初始条件的指定，初始场及边界参数的改变对流场的影响是仿真的分析重点；
15、s16:离散格式的指定，离散对象为控制方程中的各个项；
16、s17:控制计算的参数，目的为保证计算精度、数据采样精度以及采样长度的同时，且以最快的速度完成对流场的数值模拟计算。
17、根据一些实施方式，在步骤s4中，h型衰减器的共振角频率的计算公式为：
18、
19、式中，ω为共振角频率，a为两相流、气体或液体的声速，d1为衰减器颈部直径，l1为颈部长度，v2为共振腔体积。
20、根据一些实施方式，步骤s1中，所述计算模型包括气液两相流控制方程、气液两相流湍流模型、边界层与壁面函数和溶解度模型，所述气液两相流控制方程包括平均连续性方程以及平均动量守恒方程、平均能量守恒方程。
21、相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：
22、本发明通过对t型气液两相管道内的管流的模拟来进行衰减器的分析对比，在模拟过程中充分考虑了t型气液两相管道中的管流特性的多种影响因素，为了更准确的描述两相流系统的在不同激励下的频率响应，获得更多频率分量下的响应，在入口边界加入m序列信号。对数值模型进行了网格无关性分析，权衡了计算效率，和结果的准确性，选择了最合适的网格划分方案进行后续计算。为了验证计算模型流型预测的准确性，对t型气液两相管道中的气液两相流还进行了模拟验证分析。
23、在网格划分的基础上，选取不同气液入口速度边界条件，对t型管道流型变化、出口压力、出口气液速度脉动特性、幅值变化以及出口溶解效率的变化进行了分析。接着考察了不同气相入流角度，以及不同环境压力下，流动特性的变化规律。由此来减小压力脉动，提高co2溶解效率。
24、对t型管道入口施加不稳定的压力、速度激励信号，如m序列伪随机信号，以此来模拟管道的频率响应，对比分析了几种不同的脉动衰减器，以及不同布置方式，以保证衰减器腔体内只有液体或者气体(也即衰减器只衰减气体或液体的脉动)，通过仿真获得各个衰减器的插入损失和传递损失以评判其对压力脉动噪声的衰减效果。
技术特征：
1.一种用于t型气液两相管流压力脉动衰减器的分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述用于t型气液两相管流压力脉动衰减器的分析方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述用于t型气液两相管流压力脉动衰减器的分析方法，其特征在于：在步骤s4中，h型衰减器的共振角频率的计算公式为：
4.根据权利要求1所述用于t型气液两相管流压力脉动衰减器的分析方法，其特征在于：步骤s1中，所述计算模型包括气液两相流控制方程、气液两相流湍流模型、边界层与壁面函数和溶解度模型，所述气液两相流控制方程包括平均连续性方程以及平均动量守恒方程、平均能量守恒方程。
技术总结
本发明涉及流体力学技术领域，其公开了一种用于T型气液两相管道压力脉动衰减器的分析方法，其包括以下步骤：S1:建立T型气液两相管道几何模型及其对应计算模型；S2:进行几何模型验证，通过分别改变气液速度、气相入流进行T型气液两相管流的流型、流场特性分析；S3:模拟T型气液两相管道产生的压力高频噪声响应；S4:模拟各种尺寸的H型衰减器，对比分析不同共振腔体的尺寸下，特定压力频段的衰减效果；S5:通过不同规格的H型衰减器的衰减效果的分析对比，得到较好进行T型气液两相管流压力脉动衰减的衰减器的物理构造参数。本发明考虑了T型气液两相管道中的管流特性的多种影响因素，模拟真实场景的管流，对应分析较好衰减效果的H型衰减器。
技术研发人员：杜润,刘晓红,黄凡,宋春华,戴凌锋
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5