一种喷流试验管路系统的设计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种喷流试验管路系统的设计方法，包括步骤：1)根据试验目标获取系统的要求参数；2)计算系统的喷口直径、空压机容积流量、储气罐容积、储气罐压力与供气时间的关系曲线，根据曲线组和试验测量时间要求，确定气源参数，并获取排气噪声声功率级；3)计算不同口径阀门的噪声，确定阀门口径，确定管路重要控制参量稳压段管径以及确定管路中的扩压段和阀后直管段，根据气源和管路噪声源强，以及稳压段管径，确定消声段参数和稳压段长度，确定收缩段参数；4)根据测量频率要求和测量距离要求，确定喷嘴前直管段长度、消声室参数和排气通道参数。与现有技术相比，本发明专利技术具有可靠准确、具有良好的适用性和准确性等优点。

A Design Method of Jet Test Pipeline System

The invention relates to a design method of a jet test pipeline system, which comprises the following steps: 1) obtaining the required parameters of the system according to the test target; 2) calculating the relationship curve between the diameter of the nozzle, the volume flow rate of the air compressor, the volume of the gas storage tank, the pressure of the gas storage tank and the gas supply time of the system, determining the gas source parameters according to the curve group and the test measurement time requirements, and acquiring the sound power level of the exhaust noise. (3) Calculate the noise of valves with different calibers, determine the caliber of valves, determine the diameter of the regulated section of the important control parameters of the pipeline, and determine the diffuser section and the straight section behind the valve. Determine the parameters of the silencing section and the length of the regulated section according to the intensity of the gas source and the noise source of the pipeline and the diameter of the regulated section, and determine the parameters of the contraction section; 4) Determine the nozzle according to the requirements of measuring frequency and measuring distance. Length of front straight pipe section, parameters of anechoic chamber and exhaust passage. Compared with the prior art, the invention has the advantages of reliability, accuracy, good applicability and accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种喷流试验管路系统的设计方法
本专利技术涉及喷流试验管路系统
，尤其是涉及一种喷流试验管路系统的设计方法。
技术介绍
飞机在起飞和着陆时所辐射的高噪声会造成机场附近区域的严重噪声污染。随着公众环保意识的增强、城市居住密度的提高，噪声成为飞机适航性的主要指标之一，且适航噪声的限值要求也越来越严。飞机的主要噪声源是发动机噪声，喷流噪声是发动机噪声的主要的噪声源之一。为适应适航噪声限值的发展趋势，喷流噪声的控制需要进行更深入的研究。喷流噪声缩比模型试验是喷流噪声研究的重要手段，是验证喷流噪声理论研究、获得不同喷口噪声特性的重要途径。因此获得纯净的喷流噪声是喷流噪声缩比模型试验台架的主要目的。目前，国内外已建成有用于发动机的喷流噪声的缩比试验台架，但各试验台架个组成部分的参数相差较大，喷流噪声试验台架管路的系统设计方法还比较缺乏，有必要对喷流台架管路提出系统优化设计方法，为获得纯净的喷流噪声提供指导，并为不同实验室台架的试验数据具有可对比性提供指导。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种喷流试验管路系统的设计方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种喷流试验管路系统的设计方法，包括以下步骤：S1：根据试验目标，获取喷流试验管路系统的要求参数，要求参数包括喷口流速、喷口直径、测量频率范围、测点与喷口的距离、测点与喷口的连线和喷嘴中心线的夹角范围等。S2：计算喷流试验管路系统的喷口直径、空压机容积流量、储气罐容积、储气罐压力与供气时间的关系曲线，根据计算的曲线组和试验测量时间的要求，确定气源参数，进而获取排气噪声声功率级。气源的供气时间t的计算具体如下：其中，m1为储气罐初始的高压空气质量。m2为临界压力时的空气质量，低于临界压力气源无法正常供气。m3为喷嘴在单位时间内的喷流质量，m4为空压机单位时间内的排气质量。m1、m2、m3、m4分别由下式计算：上式中：P1为储气罐的初始气压，优选0.5MPa～10MPa；V1为储气罐容积；R为理想空气常数；T1为储气罐气体的开尔文温度；P2为储气罐的临界气压，选取为1～2个大气压；Ae为喷嘴出口截面积；Pe为喷嘴处气体压强；P0为喷嘴出口外气体压强，选取为1个大气压；κ为空气的比热比；Te为喷嘴处气体的开尔文温度；ve为喷嘴处气流流速；Q为空压机容积流量；P4为空压机进气气压，选取为1个大气压。根据关系曲线组和试验测量时间的要求、场地限制条件，确定空压机容积流量、储气罐容积、储气罐压力等气源参数。确定气源参数后，根据确定的气源参数进行空压机选型和储气罐选型，并获得所选型号的排气噪声声功率级。S3：计算不同口径阀门的噪声，确定阀门口径；由喷流速度、喷嘴口径和收缩比确定管路重要控制参量稳压段管径；由稳压段管径确定管路中的扩压段和阀后直管段；预测管路噪声源强，根据气源和管路噪声源强，以及稳压段管径，确定消声段参数和稳压段长度，确定收缩段参数。计算不同口径管路阀门的噪声声功率级，确定阀门口径。按下式计算阀门噪声的声功率级Lw，阀门。对不同口径的阀门噪声进行计算，结合实际可供的阀门口径，选择声功率级尽可能小的阀门口径。式中，Lθ为与阀门角度θ阀有关的修正值，ρe为喷嘴处气流的密度，ρ0为一个标准大气压下空气密度，S阀为阀后直管段截面积，θ阀为阀门和管道中心线的夹角，θ阀值为0度时，修正值为30；θ阀为45度时，修正值为42；θ阀为60度时，修正值为51。根据喷口流速上限要求、收缩比(稳压段面积与喷嘴面积之比)、稳压段流速确定管路控制参数稳压段管径。稳压段与喷口的面积比，即收缩比，优选控制在60～150，稳压段内空气流速控制在2～15m/s。采用二次收缩，即在稳压段与喷嘴之间的收缩段和喷嘴中分别完成收缩。根据下式可以得到喷嘴处气流的密度ρe，对于收缩比N0，稳压段内的气体流速为：扩压段出口直径即为稳压段直径D稳压段。扩压段入口直径为阀后直导管管径，阀后直导管的管径D阀后直管优选为0.1～0.2m。扩压段两端直径确定后，根据5°～8°的扩张角优选范围确定扩压段长度L扩压段，按下式计算：阀后直导管的长度和直径之比应至少大于10，据此确定阀后直导管长度L阀后直管。计算弯管再生噪声声功率级，与阀门噪声叠加，计算管路总声功率级。按下式计算弯管噪声声功率级Lw，弯管：式中，D弯管为弯管管道直径；f为频率；v弯管为弯管管道内的气流速度；空压机排气噪声声功率级、阀门噪声声功率级、弯管噪声声功率级叠加的总声功率级根据下式计算：确定消声量、消声结构及长度、整流器长度和稳压段长度。对最高喷流流速，根据气源系统总噪声声功率级Lw计算传递到消声室内的噪声级，与喷流噪声在同一点处的噪声级L喷流进行比较，即可确定消声段所需消声量TL消声器，具体计算如下式所示：TL消声器＝Lw-10log(4πd2)-L喷流+10式中，d为L喷流对应的测点与喷嘴的距离。根据消声量要求确定消声结构吸声系数和长度，消声结构消声量TL*消声器与消声结构吸声系数α消声和长度L消声器的关系按下式计算，且TL*消声器应不低于TL消声器。式中，lb为消声器横截面中铺设吸声材料的总周长，Sb为消声器通道截面积。消声段安装在稳压段起始端，消声器内径与稳压段相同。整流器放置于稳压段内消声段之后，整流器由蜂窝网和2～3层金属筛网组成，蜂窝网和金属筛网目数优选20目～40目，蜂窝网长度优选2cm～5cm，整流器总长度优选10cm～30cm。稳压段长度L稳压段为消声段和整流器长度及2～5倍稳压段直径的长度之和，其计算公式如下：L稳压段＝L消声器+L整流器+C·D稳压段，C＝2～5S4：根据测量频率要求和测量距离要求，确定喷嘴前直管段长度、消声室参数和排气通道参数。具体内容包括：(1)确定收缩段的收缩比和长度、喷嘴入口直径。收缩段连接稳压段，入口直径与稳压段管径相同。收缩段的收缩比(收缩段入口面积与出口面积之比)优先选取6～15，据此可确定收缩段出口管径。收缩段出口直径为喷嘴入口直径。收缩段的长度取入口管径的0.8～1.5倍左右。(2)根据测点与喷嘴的距离要求、测量角度要求和测试频率要求，确定喷嘴前直管段的长度。收缩段与喷嘴之间有一段直管，伸入消声室内部，用于稳定收缩段后的气流。出口直管的长度ls应满足：ls＞l尖劈+NDmcosθmin+d0其中，l尖劈为消声室内吸声尖劈的长度，Dm为喷嘴口径，N为整数，NDm为测点与喷嘴的距离，θmin为最小测量角度，即测点与喷嘴的连线和喷嘴中心线的夹角。d0为最小测量角度θmin处测点到尖劈的水平距离，不低于最低测量频率对应的1/4波长。(3)根据测试频率要求确定尖劈长度和消声室尺寸。尖劈长度l尖劈和最低测试频率f0应满足：其中，c为声速。采用全消声室对喷流噪声进行测量。根据消声室内六个面的一次反射声能叠加在直达声能上所造成的与自由声场的偏差，来确定消声室的净空尺寸。为节约消声室用地，喷口并不必须位于消声室中心。对于纯音、声源不在消声室中心的情况，测点处总声压级与直达声压级之差为：式中，d为喷嘴(声源)到测点的距离；Li为喷嘴到测点反射声的声程；rp为尖劈的声压反射系数；k＝2π/λ，λ为波长。对于宽频噪声、声源不在消声室中心的情况，测点处总声压级与直达声压级之差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种喷流试验管路系统的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)根据试验目标，获取喷流试验管路系统的要求参数；2)计算喷流试验管路系统的喷口直径、空压机容积流量、储气罐容积、储气罐压力与供气时间的关系曲线，根据计算的曲线组和试验测量时间的要求，确定气源参数，并获取排气噪声声功率级；3)计算不同口径阀门的噪声，确定阀门口径，由喷流速度、喷嘴口径和收缩比确定管路重要控制参量稳压段管径，由稳压段管径确定管路中的扩压段和阀后直管段，预测管路噪声源强，根据气源和管路噪声源强，以及稳压段管径，确定消声段参数和稳压段长度，确定收缩段参数；4)根据测量频率要求和测量距离要求，确定喷嘴前直管段长度、消声室参数和排气通道参数；5)根据获取的喷嘴前直管段长度、消声室参数和排气通道参数对喷流试验管路系统进行设计。

【技术特征摘要】
1.一种喷流试验管路系统的设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)根据试验目标，获取喷流试验管路系统的要求参数；2)计算喷流试验管路系统的喷口直径、空压机容积流量、储气罐容积、储气罐压力与供气时间的关系曲线，根据计算的曲线组和试验测量时间的要求，确定气源参数，并获取排气噪声声功率级；3)计算不同口径阀门的噪声，确定阀门口径，由喷流速度、喷嘴口径和收缩比确定管路重要控制参量稳压段管径，由稳压段管径确定管路中的扩压段和阀后直管段，预测管路噪声源强，根据气源和管路噪声源强，以及稳压段管径，确定消声段参数和稳压段长度，确定收缩段参数；4)根据测量频率要求和测量距离要求，确定喷嘴前直管段长度、消声室参数和排气通道参数；5)根据获取的喷嘴前直管段长度、消声室参数和排气通道参数对喷流试验管路系统进行设计。2.根据权利要求1所述的一种喷流试验管路系统的设计方法，其特征在于，步骤1)获取的喷流试验管路系统的要求参数包括：获取喷流试验系统喷口流速的要求；获取喷流试验系统喷口直径的要求；获取喷流试验系统声学测量频率范围的要求；获取喷流试验系统声学测量测点与喷口距离的要求；获取喷流试验系统声学测点与喷口的连线和喷嘴中心线的夹角范围。3.根据权利要求1所述的一种喷流试验管路系统的设计方法，其特征在于，步骤2)具体包括以下步骤：201)根据喷口尺寸、喷流流速对不同容积、罐内压力的储气罐、不同容积流量的空压机所提供的气源供气时间进行估算，获取空压机容积流量、储气罐容积、储气罐初始压力、喷嘴流速与供气时间的关系曲线组；202)根据关系曲线组和试验测量时间的要求、场地限制条件，确定空压机容积流量、储气罐容积、储气罐压力等气源参数；203)根据确定的气源参数进行空压机选型和储气罐选型，并获得所选型号的排气噪声声功率级。4.根据权利要求3所述的一种喷流试验管路系统的设计方法，其特征在于，气源的供气时间t的估算公式为：其中，m1为储气罐初始的高压空气质量，m2为临界压力时的空气质量，m3为喷嘴在单位时间内的喷流质量，m4为空压机单位时间内的排气质量。5.根据权利要求4所述的一种喷流试验管路系统的设计方法，其特征在于，储气罐初始的高压空气质量m1、临界压力时的空气质量m2、喷嘴在单位时间内的喷流质量m3、空压机单位时间内的排气质量m4的表达式分别为：式中，P1为储气罐的初始气压，V1为储气罐容积，R为理想空气常数，T1为储气罐气体的开尔文温度，P2为储气罐的临界气压，Ae为喷嘴出口截面积，Pe为喷嘴处气体压强，P0为喷嘴出口外气体压强，κ为空气的比热比，Te为喷嘴处气体的开尔文温度，ve为喷嘴处气流流速；Q为空压机容积流量，P4为空压机进气气压。6.根据权利要求5所述的一种喷流试验管路系统的设计方法，其特征在于，步骤3)具体包括以下步骤：301)计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞悟周，周颖东，施天润，姜在秀，毛东兴，邱昇，英基勇，
申请(专利权)人：同济大学，中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31