壓力脈動的案例
往復壓縮機氣閥壓力脈動及噪聲試驗分析
4 閥隙馬赫數對吸排氣過程壓力脈動及壓縮機噪聲的影響分析
４.１ 閥隙壓力脈動分
析
由于氣閥吸、排氣閥片在膨脹和壓縮過程中處
于關閉狀態，壓縮機在膨脹和壓縮過程中氣閥不工作，即閥隙處無氣體流動，因此本文僅針對壓縮機在吸氣和排氣過程中的閥隙氣流脈動進行試驗分析。采集到試驗壓縮機吸、排氣腔及氣缸壓縮腔內壓力脈動曲線如圖４所示。
對不同吸、排氣閥隙馬赫數下的閥腔與壓縮腔
內壓力信號進行脈動強度計算，得到不同馬赫數下吸排氣過程壓力脈動強度趨勢如圖５所示。從圖中可以看出，吸氣過程壓力脈動強度遠遠大于排氣過程，吸氣過程僅在閥片打開和關閉瞬間會產生很大的壓力脈動，而在穩定吸氣階段壓力脈動強度幾乎為０；排氣階段從排氣初始階段至排氣結束壓力脈動逐漸減弱；吸排氣過程中閥隙處壓力脈動強度均隨著馬赫數的增加而增大，馬赫數越大壓力脈動強度的波動越明顯。
圖５（ａ） 為吸氣閥隙通流幾何面積固定，僅改變排氣閥隙通道幾何面積，在相同工況下測得不同排氣馬赫數下的壓力脈動。從圖中可以看出排氣馬赫數的增大會增加下一工作循環中吸氣過程壓力脈動的不穩定程度，壓力脈動強度曲線波動增加，但對脈動強度最大值影響不大，對排氣過程壓力脈動強度的波動影響不明顯；圖５（ｂ） 為排氣閥隙通流幾何面積固定，僅改變吸氣閥隙通道幾何面積，在相同工況下測得不同吸氣馬赫數下的壓力脈動。從圖中可以看出，閥隙通道馬赫數的變化對吸氣過程壓力脈動有較大影響，隨著吸氣閥隙馬赫數的增大，吸氣閥隙脈動強度的波動程度以及最大幅值也急劇增加，對排氣過程閥隙脈動影響較小。
依據閥腔及壓縮腔壓力信號計算得到不同馬赫
數下壓力脈動強度如表２所示。
展開 液壓機軸向柱塞泵沖壓加工時出現壓力脈動是什么原因
五金沖壓加工廠，沖壓加工設備在使用過程中經常會出現大大小小的故障，這是不可避免的，下面了解下液壓設備的軸向柱塞泵在沖壓加工時出現壓力脈動的原因。
1.配油盤與缸體或柱塞之間磨損，內泄或外漏過大；
2.對于變量泵可能由于變量機構的偏角太小，使流量過小，內漏相對增大，因此不能連續對外供油；
3.伺服活塞與變量活塞運動不協調，出現偶爾或經常性的脈動
4.進油管堵塞，阻力大及漏氣。
出現故障并不可怕，關鍵是要盡快找出發生故障的原因并及時解決，才不會影響沖壓廠的正常生產。
液壓機軸向柱塞泵沖壓加工時出現壓力脈動是什么原因
五金沖壓加工廠，沖壓加工設備在使用過程中經常會出現大大小小的故障，這是不可避免的，下面了解下液壓設備的軸向柱塞泵在沖壓加工時出現壓力脈動的原因。
1.配油盤與缸體或柱塞之間磨損，內泄或外漏過大；
2.對于變量泵可能由于變量機構的偏角太小，使流量過小，內漏相對增大，因此不能連續對外供油；
3.伺服活塞與變量活塞運動不協調，出現偶爾或經常性的脈動
4.進油管堵塞，阻力大及漏氣。
出現故障并不可怕，關鍵是要盡快找出發生故障的原因并及時解決，才不會影響沖壓廠的正常生產。
脫硝煙囪噪聲CFD仿真分析
圖7 截面1處流速分布圖
3.2 改進方案
3.2.1 壓力脈動分析
表1列出了原始方案和改進方案下流場內9個測點處的壓力脈動主頻頻率點和幅值的對比情況。從對比結果來看，所有測點處的壓力脈動均有明顯改善，P8點、P9點的壓力脈動幅值降幅甚至達到了92.18%和90.57%，壓力脈動幅值降幅最小的P2點降幅也達到了41.35%。
【ＢＯＧ工藝參數波動對往復壓縮機脈動模擬影響分析】
程 強，劉洪佳，曾兆強，季龍慶
（中海油石化工程有限公司，山東濟南 ２５００００）
［摘 要］：ＬＮＧ接收站中ＢＯＧ工藝參數不可避免的會產生波動，甚至達到較大的溫差，這對往復式壓縮
機的壓力脈動分析產生較大的影響。主要研究了溫度、壓力對聲速的影響，在ＢＯＧ工藝參數變化范圍內，溫度對聲速影響較大，壓力變化對聲速影響變化并不敏感。并采用壓縮機恒定轉速，一定的溫度梯度和壓縮機的不同轉速兩種方法分別考慮了工藝參數波動對壓力脈動模擬的影響，并比較了兩者的優缺點。
［關鍵詞］：壓力脈動；不同轉速；不同溫度
中圖分類號：ＴＨ４５７ 文獻標志碼：Ａ
文章編號：１００６－２９７１（２０２３）０３－００３６－０４
１ 引言
ＬＮＧ接收站內由于裝卸、運輸過程中不可以避
免的與外界進行熱交換會產生大量的ＢＯＧ，往復式壓縮機是ＬＮＧ接收站ＢＯＧ回收利用的關鍵設備。隨著季節、負荷的不同，ＢＯＧ溫度、壓力會產生較大的變化，不同地域ＬＮＧ接收站其壓縮機入口溫度也不同［１］。溫度壓力的變化對壓縮機壓力脈動分析會有較大的影響，介質的工藝參數波動范圍大，其相應的特性范圍變化大，聲速也會在較大的范圍內變化，從而導致管道系統的氣柱固有頻率也會發生相應的變化，這也對往復式壓縮機壓力脈動的分析控制造成了很大的困難。本文主要利用脈動分析軟件ＢｅｎｔｌｅｙＰＵＬＳ研究了溫度壓力對聲速的影響，然后采用壓縮機恒定轉速，一定的溫度梯度和壓縮機的不同轉速兩種方法分別考慮了工藝參數波動對壓力脈動模擬的影響，并比較了兩者的優缺點。
２ ＢＯＧ工藝參數波動對聲速影響分析
激發頻率ｆ是由壓縮機轉速決定的。對確定的
管系來說，其共振管長主要受聲速影響。
展開 脫硝后風機振動，引起聯軸器襯套膜片斷裂，通過CFD模擬分析，找到振動誘因，出具整改方案 ￥20
流動誘發壓力脈動數值模擬
模擬方法與策略總體選擇
如果是流動造成的煙道系統的結構振動，其中根本原因輸送煙氣的壓力脈動。穩態模擬不能體現壓力隨時間的變化，因此，模擬應該以瞬態的方式進行，關注的重點應包括壓力脈動。
由于項目時間緊，要求計算快速準確地出結果。根據以往采用CFD方法研究輸氣管道振動經驗， k-e湍流模型的耗散效應導致無法準確捕捉到相應的壓力脈動，而DES、LES模型往往需要較多的網格，以及較長的計算時間。在眾多數值湍流模型中，通過權衡計算結果可靠性與時間成本，SBES湍流模型是最佳的模型，其即能捕捉到相應的壓力脈動，又能節省一部分時間。因此，本次計算中，所有案例采用SBES湍流模型。
在網格選擇擇上，本次案例的計算均使用結構化網格。一般工業現場案例的幾何模型結構復雜，在生成結構化網格時較為困難，只能采用非結構化網格。根據研究經驗，非結構化網格也容易出現無法捕捉到壓力脈動，且網格質量不佳容易影響計算的收斂性，從而延長了工作站計算時間。考慮到本次計算案例中，結構相對不是特別復雜，因此，投入一定的時間劃分結構化網格以獲得較高的計算精度及計算時間的節能是值得的。
為了研究流動在煙道內引起的壓力脈動，本節所有案例先采用穩態計算流場信息，再將穩態算例結果作為瞬態算例的初始化條件，展開計算。流體的材料設置為可壓縮氣體。相應離散格式采用二階迎風格式。瞬態計算的步長為0.0001。對相應點進行壓力監測，待計算穩定后停止相應計算。
風機入風口煙道流動模擬
考慮到風機入風口煙道主要研究導流板的影響，因此案列計算了三種結構模型：無導流板（圖 1）、有導流板（現場結構）（圖 2）、加長導流板（圖 3）。為了減少網格數量及網格繪制的麻煩，考慮到內部支撐件相較于流道較細，流體區域建模時忽略內部支撐件。
展開 一種集成式熱管理模塊用水泵的噪聲優化研究
如圖4，圖5所示：
壓力監測點設置：Ф43基圓與圓角圓心、基圓圓心連線的交點A。待瞬態運行六個循環后，開始記錄測點A的壓力脈動數據。如圖6所示。
計算結果
水泵不同隔舌圓角大小其附近流場對比（圖7）。對速度場及壓力場，壓力脈動時域，壓力脈動頻譜進行仿真計算分析隔舌圓角大小對瞬態壓力脈動特性的影響。
增大隔舌圓角后，葉輪前端與隔舌間間隙增大，因而動靜干涉減弱，從壓力脈動的頻域對比幅值明顯減弱，其作為振動激勵源的影響也隨之減弱。
為充分研究隔舌圓角大小對水泵噪聲的影響，在方案設計過程中設定了R0.5，R1，R1.5，R2，R2.5，R3六種不同圓角的方案。根據實際測試及綜合評估隔舌R角對水泵性能的影響，R1和R2圓角的效果最佳。本文選取R1和R2圓角方案分析壓力脈動頻域對比，如圖9所示：
可以得出結論：R2隔舌圓角水泵壓力脈動在640Hz的葉頻幅值遠小于R1圓角水泵；在軸頻、葉頻二倍頻、葉頻三倍頻壓力脈動幅值大于R1圓角水泵。
展開 CFD仿真技術在水輪機產品設計中的應用簡介
2、水輪機的壓力脈動
尾水管渦帶的仿真
葉道渦、卡門渦仿真
轉輪和導葉的動靜干涉
非設計工況的壓力脈動
過渡過程的壓力脈動
ANSYS軟件可以分析水輪機運行中的非定常水力激勵力。通過比較轉輪內與轉輪外流道的水壓力脈動特性，分析動靜干涉、葉道渦、卡門渦等引起的壓力脈動頻率與幅值特性，分析脈動傳遞與衰減等影響。總結發現尾水管內渦帶引起的壓力脈動與受其影響的轉輪內的壓力脈動的聯系，找出了兩者之間的頻率計算公式，及不同運行工況不同渦帶特性下的計算公式的修正方法。
3、水輪機的空化
不同水頭、導葉開度下的空化狀態
空化-效率曲線計算
空化引起的壓力脈動
ANSYS軟件可以進行水輪機全流道空化流計算，得到內部兩相空化流場的詳細情況，預測水輪機的空化性能。
4、含沙水流分析及磨損預測
顆粒多相流仿真
材料磨損的定性、定量分析
優化轉輪設計（進口直徑和出口直徑等設計參數的選擇、轉輪葉片的改進設計）
水輪機泥沙磨損不僅與過機水流的含沙量，沙粒的礦物成分、硬度、形狀、粒徑、運動速度等有關，而且受水輪機的設計、水力模型（包括葉型、流道）的空化特性及過流部件所采用材料的影響。在水力設計上，可借助于ANSYS數值模擬進行磨損預測分析。
展開 多物理場仿真解決混流式水輪機中的振動問題
大多數相關的聲振模態形狀均會在轉輪葉片后緣上呈現出嚴重的彎曲位移，并給導流葉片區域帶來顯著的壓力脈動。
有兩條自然頻率為301Hz的沿直徑中心節點線的振動聲學模態形狀的壓力場（左）和軸向轉輪位移（右）。圖片由Voith提供。
有三條自然頻率為325Hz的沿直徑中心節點線的振動聲學模態形狀的壓力場（左）和軸向轉輪位移（右）。圖片由 Voith提供。
隨后開展了諧波響應分析，以更清晰地掌握轉輪和配水環管區域的聲振效應。轉輪被旋轉受力形態激勵，有明顯數量的直徑中心節點線存在。每個自然頻率都有特定模態形狀，其由直徑中心節點線的數量確定。每個轉輪葉片上有單一力作用在與葉片表面垂直的后緣上。結果顯示有聲振諧振產生，造成顯著彎曲位移和高壓力脈動。壓力和位移判據顯示：對于有三條沿直徑中心節點線的模態形狀，有295Hz 的清晰諧振峰值；對于有七條沿直徑中心節點線的模態形狀，有306Hz 的清晰諧振峰值。后者與測得的振動頻率接近。
諧波響應分析的結果結合模態分析， 說明基于聲振耦合諧振條件的lock-in 效應同步并放大了渦旋脫落。對應的聲振模態形態傳播并放大了渦輪機內部旋轉組件和靜態組件內部的壓力脈動。這種壓力脈動引發了導流葉片在自然頻率下發生共振。通過修正后緣形狀，最大程度地減少轉輪葉片上的渦旋脫落并進行干擾，顯著減少導流葉片振動，從而解決了這個問題。
使用單物理仿真或許無法確定和解決該振動問題。它要求理解所涉及的全部物理場域，并將它們正確地運用到眼前的問題中。
本文來源于《ANSYS ADVANTAGE》，版權歸作者所有，旨在分享。
文章來源：安世亞太
展開 汽車氣動噪聲特性的隨機聲學法分析
汽車外形由各種曲率的曲面以及外凸的附件（如后視鏡）組成，氣流流經車身時，會在大曲率和拐角處發生氣流的分離與再附著，形成運動復雜的渦流，導致車身表面產生了不斷變化的脈動壓力[1]。研究表明流場中無旋再附著區與渦核旋轉分離區的脈動壓力明顯高于其它區域[2]。而車身表面的脈動壓力正是形成氣動噪聲的主要原因。王毅剛[3]等人基于風洞試驗，對車輛后視鏡、側窗表面及附近流場進行了測試，并研究了車輛表面脈動壓力特性及產生原因。鄭拯宇[4]等人從聲擬理論出發，在某轎車邊界元模型中導入脈動壓力邊界條件對氣動噪聲外輻射聲場進行了數值仿真。陳鑫[5]等人采用大渦模擬（LES）法對車外后視鏡不同邊緣結構對車外流場及車身表面監測點氣動噪聲的影響進行了仿真研究。Ashish[6]等人對裝有彈性尾翼的鈍頭體模型進行了實驗研究，重點關注彈性體流致振動引起的外部激勵對遠場的影響。以上研究多關注氣動噪聲的外輻射聲場。
本文首先對某款混合動力轎車車內氣動噪聲進行了數值仿真。采用分離渦模擬(DES)湍流模型對流場進行非定常計算，獲得了車身表面的脈動壓力，并將其視為隨機信號，采用隨機聲學的方法研究了脈動壓力對車內聲場的影響，并對該車進行了實車道路試驗，分析了車內氣動噪聲特性，驗證了隨機聲學法的可行性。
1氣動噪聲研究理論基礎
1.1流體動力學（CFD）軟件與專業聲學仿真軟件聯合仿真
CFD與專業聲學軟件進行聯合仿真的方法也稱混合法，首先在CFD軟件中對流場進行穩態計算，將穩態結果作為初值進行瞬態計算，將流場的瞬態計算結果輸出為壓力脈動或速度脈動的格式，在專業聲學仿真軟件中導入壓力或速度脈動，并將其轉化為相應的單極子聲源、偶極子聲源或四極子聲源。經過快速傅里葉變換，可將時域數據轉化到頻域進行聲學響應計算。混合法的優勢在于，可以充分考慮所有聲源、結構和流速對聲傳播的的影響。
展開 多物理場仿真解決混流式水輪機中的振動問題
大多數相關的聲振模態形狀均會在轉輪葉片后緣上呈現出嚴重的彎曲位移，并給導流葉片區域帶來顯著的壓力脈動。
有兩條自然頻率為301Hz的沿直徑中心節點線的振動聲學模態形狀的壓力場（左）和軸向轉輪位移（右）。圖片由Voith提供。
有三條自然頻率為325Hz的沿直徑中心節點線的振動聲學模態形狀的壓力場（左）和軸向轉輪位移（右）。圖片由 Voith提供。
隨后開展了諧波響應分析，以更清晰地掌握轉輪和配水環管區域的聲振效應。轉輪被旋轉受力形態激勵，有明顯數量的直徑中心節點線存在。每個自然頻率都有特定模態形狀，其由直徑中心節點線的數量確定。每個轉輪葉片上有單一力作用在與葉片表面垂直的后緣上。結果顯示有聲振諧振產生，造成顯著彎曲位移和高壓力脈動。壓力和位移判據顯示：對于有三條沿直徑中心節點線的模態形狀，有295Hz 的清晰諧振峰值；對于有七條沿直徑中心節點線的模態形狀，有306Hz 的清晰諧振峰值。后者與測得的振動頻率接近。
諧波響應分析的結果結合模態分析， 說明基于聲振耦合諧振條件的lock-in 效應同步并放大了渦旋脫落。對應的聲振模態形態傳播并放大了渦輪機內部旋轉組件和靜態組件內部的壓力脈動。這種壓力脈動引發了導流葉片在自然頻率下發生共振。通過修正后緣形狀，最大程度地減少轉輪葉片上的渦旋脫落并進行干擾，顯著減少導流葉片振動，從而解決了這個問題。
使用單物理仿真或許無法確定和解決該振動問題。它要求理解所涉及的全部物理場域，并將它們正確地運用到眼前的問題中。
本文來源于《ANSYS ADVANTAGE》
展開 
多級離心壓縮機滿負荷試驗中的流體激振問題
注：采集壓力波形并做FFT!壓力脈動測量，觀察到壓力脈動，主導為0.052MPa，65Hz。與振動譜中65Hz一致。
由于車間空間有限，車間管道布置復雜，彎頭、閥門、孔口之間的距離很近。可在車間管道系統中產生激振力。主閥與孔口調換位置進行測試。
交換后的 SSV，大幅降低 SSV 振動幅度。因此，激振力產生于車間管道系統，而不是壓縮機。FAT 成功完成！
非定常 CFD 分析驗證
非定常 CFD 分析驗證
1 推測的根本原因
? 壓縮機下游產生壓力波動。
? 它傳播到壓縮機排氣，并導致轉子振動。
2. 驗證程序
? 對 1) 管道和 2) 壓縮機進行單獨的 CFD。
展開 管道水錘危機四伏？CFD仿真模擬為工業安全護航
水錘現象多發生在管道系統中，水錘發生時管系內會產生瞬間的壓力脈動，對管道造成沖擊，甚至破壞。水錘發生時常伴有錘子敲打管道一樣的聲音，因此被稱為“水錘”效應。根據水錘引發機制的不同，可分為以下兩類：
1、單相流動流體驟停引起的水錘
單相流動流體驟停引起的水錘（sudden liquid deceleration）一般由管道中閥門突然關閉，導致本來流動的液體驟停，由于液體的慣性作用，閥門將受到一個瞬間的壓力沖擊，產生水錘效果。
圖1 閥門突然關閉引起的單相水錘
圖2 單相水錘中的壓力脈動
2、冷凝相變引起的水錘
冷凝相變引起的水錘（condensation induced hydraulic shock）：高溫高壓的蒸汽空泡在管道盡頭急劇冷凝，冷凝過程中體積成百上千倍的減小，產生負壓，周圍液體被加速隨后又在管道盡頭驟停，引發水錘效應。
圖3 冷凝相變引起的水錘示意圖
單相水錘多發生在供水廠管路系統中，兩相水錘常見于制冷行業中的熱氣除霜過程以及核電站壓力水堆供給管和蒸發器中。
以下采用行業專用流體仿真軟件CFDPro對單相水錘及兩相水錘進行仿真。
行業專用流體仿真軟件CFDPro具有水錘及空化模擬功能，可基于可壓縮兩相流模型、耦合相變模型（空化相變和熱致相變），對管路、閥門中的復雜可壓縮流動相變問題進行模擬研究，以獲取設備中的臨界流動和壓力波動等結果。
3、單相水錘
單相水錘數值模擬比較簡單，只需將閥門的驟停看作墻邊界即可模擬。
展開 水下聲輻射機理與仿真分析
2.4 流激勵結構振動輻射聲
在研究水下結構二次輻射聲之前，首先需要對邊界層紊流壓力脈動激勵源做一個簡單的區分。脈動邊界層紊流壓力脈動通常區分為聲壓和偽聲兩部分：聲壓起因于湍流中的起伏Reynolds應力產生的密度起伏，它服從波動方程；偽聲起因于湍流速度起伏的動量起伏，它直接平衡與動量起伏，滿足泊松方程。對比邊界層中的聲壓成分可以發現：偽聲壓力脈動能量占絕大部分，可見它是二次輻射噪聲的激勵源。
繞流引起的二次聲仿真方法主要針對激勵力和結構動力系統兩個方面。在激勵力方面，由于結構受到繞流激勵的強度不僅取決于繞流表面指定點的自功率譜，還取決于壓力脈動沿空間的隨機關聯性（相關性）的程度，在給定頻率處這一脈動相關性的程度恰好表征互譜。隨機壓力脈動在空間的關聯性越強，結構的振動激勵也就越有效。采用互譜矩陣的方式來加載激勵力是隨機振動的最直接有效的方法。
2.5其他全頻段噪聲機理
古金噪聲：螺旋槳的勻速旋轉運動導致的聲輻射，以此來強調與不導致聲輻射的勻速平移運動的區別。代表了旋轉機構的最低聲輻射。在水下低馬赫數時，這類噪聲聲能量很低，且被不均勻和非定常來流引起的聲輻射所掩蓋。
螺旋槳推、扭力噪聲（旋轉聲）：在不均勻來流中，螺旋槳周期掃掠流場，使得周圍流體介質承受一種周期起伏力而輻射噪聲，這些噪聲的頻譜都是線狀譜。通常呈現軸頻、葉頻及倍頻特征，這是低頻線譜噪聲產生機理之一。
厚度噪聲：在非定常來流中，由于紊亂脈動的隨機特性，使得槳盤面速度場的周期性和重復性遭到破壞——使得槳面的非定常力的嚴格周期性喪失，在周期性分量外出現了非周期性的分量，不斷改變頻率和幅值的諧調分量，而形成的隨機分量的連續能量譜，這是低頻寬帶噪聲分量產生機理之一。有時，在葉頻附近的線譜來源于圍殼尾流卡門渦街導致的頻率和幅值的諧調。
展開 【CFD專欄】模板化CFD技術及其在壓縮機數值仿真中的應用實踐
往復活塞式壓縮機熱力計算是壓縮機設計中最基本及最重要的一項工作，將Simerics MP+應用于往復活塞式壓縮機可實現：
獲取壓縮機內部壓力、速度、溫度分布；
分析壓縮機熱力學特性；
優化氣閥設計；
提高效率，降低泄露；
監測流場任一點的壓力脈動，降低壓力、流量脈動和噪聲等。
往復活塞式壓縮機結構模型
往復活塞式壓縮機網格模型
圖3.6 活塞式壓縮機與進出口閥的聯合仿真
04
羅茨壓縮機應用
Simerics MP+具有專門的羅茨壓縮機模板，可快速完成轉子部分的結構化動網格劃分和計算模型的設置；將Simerics MP+應用于羅茨壓縮機的優化設計可實現：
優化壓縮機轉子設計；
優化進出口流道設計；
分析壓縮機熱力學特性；
提高效率，降低泄露；
監測流場任一點的壓力脈動，降低壓力、流量脈動和噪聲等。
展開 