脈動壓力的案例
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 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 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 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 基于FLUENT的氣動噪聲仿真的理論基礎及實例
Fluent計算氣動噪聲的流程就是在通過準確的CFD流場計算得到流場壓力變化時程，這是CAA計算的基礎。一般來說，聲源的計算需要采用高級的湍流模型，如LES、DES，進行非穩態計算來實現。當然，URANS模型也可，不過計算出來的結果往往只有主要特征的影響，得不到細節方面的東西。
下面三個官方培訓算例，準確全面地介紹了CAA仿真。
圓柱繞流氣動噪聲FLUENT仿真
圓柱繞流噪聲原理就是把圓柱表面劃分成一個個的微元，每個微元當做一個偶極子聲源，聲源的強度就是脈動壓力大小，然后對每一偶極子求解波動方程，得到其在聲接受點處的輻射聲壓，再把每個偶極子所產生的聲壓相加，就得到了總聲壓。FLUENT的聲學模塊就是通過利用CFD的計算結果，對FW-H方程求積分解，得到圓柱繞流噪聲。
Helmholtz共振腔氣動噪聲FLUENT仿真
亥姆霍茲共振腔是一種以開放的孔通過氣體的容器，最簡單的就是一個空瓶子，當在頂部吹氣時，里面的空氣振動，可以聽到低而響亮的聲音；在澡堂里，穿著拖鞋走在一洼一洼的水漬中，經常聽到吱吱的聲音，也可以看成是亥姆霍茲共振腔的貢獻；工程中的應用也很廣泛，輪胎的胎噪，最主要的聲源也是輪胎花紋和路面之間空腔形成的亥姆霍茲共振腔，不同行駛速度可以看成為流動空氣的速度，因而胎噪通常與車輛行駛速度直接相關。
汽車運行過程中寬頻氣動噪聲FLUENT
汽車行駛中外流場與車身表面發生作用形成的噪聲為寬頻噪聲。當車輛高速行駛時，一方面車輛與周圍的空氣流場產生劇烈的相互作用，流場就在車輛表面形成一個邊界層，同時產生強大的分離流、渦流和湍流。流動中的渦流和湍流相互作用，產生強大的脈動壓力，脈動壓力激勵車身壁板，在車內產生輻射噪聲。
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 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 汽車風振噪聲機理研究
04
實驗結果分析
實驗得到的25m/s時監測點的脈動壓力時序圖
實驗得到的監測點的聲壓頻譜圖
仿真結果與試驗結果對比分析
25m/s時監測點的靜壓時序圖對比
監測點的脈動壓力頻譜圖
總體來看，數值仿真與風洞試驗所得到的結果是很吻合的，說明數值仿真方法來分析汽車風振噪聲是正確且準確的。
文章選自：
董光平. 汽車風振噪聲機理及控制研究[D]. 湖南大學, 2012.
爆炸仿真又一利器ANSYS AUTODYN介紹 附AUTODYN工程動力分析及應用實例下載
圖5 水下爆炸對艦艇的結構沖擊
2、 氣泡脈動的模擬
有研究表明，爆炸沖擊波過后，爆炸產物形成的氣泡含有47％的能量，在周圍水介質的作用下膨脹和壓縮，產生滯后流和脈動壓力，對艦船縱向總體產生屈曲破壞和大變形，并引起低頻安裝設備的破壞。ANSYS AUTODYN的高階Euler求解器能精確地模擬氣泡的膨脹、壓縮和潰滅以及氣泡收縮形成的射流。
圖6 氣泡脈動時歷云圖
圖7 距爆心30cm測量點的壓力時歷曲線
ANSYS AUTODYN高精度的Euler求解器、豐富的材料模式、完全的Euler-Lagrange耦合算法、結果映射Remap技術、部件激活技術以及完善的并行求解技術等，極大地提高了水下爆炸數值模擬的精度和效率，從而贏得了眾多軍工用戶的好評。
下載地址：AUTODYN工程動力分析及應用實例
展開 ANSYS AUTODYN在水下爆炸模擬中的應用
圖5 水下爆炸對艦艇的結構沖擊
2、 氣泡脈動的模擬
有研究表明，爆炸沖擊波過后，爆炸產物形成的氣泡含有47％的能量，在周圍水介質的作用下膨脹和壓縮，產生滯后流和脈動壓力，對艦船縱向總體產生屈曲破壞和大變形，并引起低頻安裝設備的破壞。ANSYS AUTODYN的高階Euler求解器能精確地模擬氣泡的膨脹、壓縮和潰滅以及氣泡收縮形成的射流。
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ANSYS AUTODYN高精度的Euler求解器、豐富的材料模式、完全的Euler-Lagrange耦合算法、結果映射Remap技術、部件激活技術以及完善的并行求解技術等，極大地提高了水下爆炸數值模擬的精度和效率，從而贏得了眾多軍工用戶的好評。
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有研究表明，爆炸沖擊波過后，爆炸產物形成的氣泡含有47％的能量，在周圍水介質的作用下膨脹和壓縮，產生滯后流和脈動壓力，對艦船縱向總體產生屈曲破壞和大變形，并引起低頻安裝設備的破壞。ANSYS AUTODYN的高階Euler求解器能精確地模擬氣泡的膨脹、壓縮和潰滅以及氣泡收縮形成的射流。
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展開 MSC氣動噪聲全流程解決方案
同樣在文獻和資料中可以獲得在實際的工程應用中，各國專家首先應用風洞實驗解決實際工程中的氣動噪聲問題：
-1972 年，德國學者對 15 種不同汽車測試，車速 87Km/h 時，車內噪聲 62-78dB(A);
136.6Km/h 時，車內噪聲 72-87dB(A);
-1978 年，Watanabe 等，車輛外形影響，誘發氣動噪聲的脈動壓力和渦流流動密切相關
-1986 年，A.Lorea 等，車內氣動噪聲，背景噪聲分離，噪聲貢獻最大區域
-1990 年，美國學者 A.R.George 闡述氣動噪聲產生機理，空氣脈動壓力
90 年代初，各國開始采用計算氣動聲學（CAA）數值仿真解決實際工程問題：
-90 年代初，日本馬自達，車內壓力脈動對車內車外聲場的影響，A 柱前側窗處
-1994 年，李世巖，邊界元，車內聲場，中高頻誤差較大
-1999 年，F.Han，能量流分析方法，處于湍流邊界層及分離再附著流場中的薄板，受脈動壓力激勵后結構振動相應和輻射聲能
-2000 年以后，氣動噪聲仿真開始廣泛應用
在氣動噪聲的模擬計算中，工程師往往關注以下幾點：優化設計的快速性、是否可能在設計前期就進行噪聲預測、仿真計算的網格規模、能否有效控制仿真成本、節約計算時間等。目前同樣在 Hexagon|MSC Software 公司旗下的 scFLOW 和 Actran 軟件就實現了無縫連接，可以有效提高氣動噪聲的計算效率。下面就給大家介紹 MSC Software 公司的 scFLOW 和Actran 是如何聯合進行氣動噪聲模擬的。
展開 