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通風(fēng)空調(diào)合流三通管路氣動(dòng)噪聲分析及優(yōu)化

文檔作者：郭雷文檔來(lái)源：聊城市東昌府區(qū)項(xiàng)目服務(wù)中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月03日
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仿真分析
2025年第4期 Mechanical Managemetnat nd Development No.4,2025
總第264期 機(jī)械管理開發(fā) Total2264
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2025.04.023
通風(fēng)空調(diào)合流三通管路氣動(dòng)噪聲分析及優(yōu)化
郭雷
（聊城市東昌府區(qū)項(xiàng)目服務(wù)中心， 山東聊城252000)
摘要：為了提升地下空間通風(fēng)機(jī)空調(diào)運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性，以FH地下空間通風(fēng)空調(diào)為例，介紹一種通風(fēng)空調(diào)合
流三通管路氣動(dòng)噪聲分析及優(yōu)化方法。介紹了地下空間通風(fēng)空調(diào)基本情況，然后以此為基礎(chǔ)，利用CFD軟件構(gòu)建
出合流三通管路的有限元模型，利用LMSVirtual.Lab軟件對(duì)合流三通管路的流場(chǎng)特性、聲場(chǎng)特性進(jìn)行分析，最后根
據(jù)模擬分析結(jié)果制定出相應(yīng)的優(yōu)化方案，并通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用的方式對(duì)優(yōu)化方案予以驗(yàn)證。通過(guò)驗(yàn)證可以發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于
原合流三通管路，優(yōu)化后三通管路噪聲明顯下降，表明該優(yōu)化方案合理。
關(guān)鍵詞：通風(fēng)空調(diào)；合流三通管路；氣動(dòng)噪聲
中圖分類號(hào)：TU8316 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-773X(2025）04-0066-02
0引言
通風(fēng)空調(diào)是現(xiàn)代地下空間生產(chǎn)中的重要設(shè)備之
一，用于礦井溫濕度的調(diào)節(jié)，該設(shè)備性能的好壞,直接
關(guān)系到井下生產(chǎn)作業(yè)的安全性與效率。然而通過(guò)大量
實(shí)踐表明，通風(fēng)空調(diào)運(yùn)行過(guò)程中通常伴有較為嚴(yán)重的
噪聲問(wèn)題，雖然隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，降噪技術(shù)
更加成熟與完善，在一定程度上降低了通風(fēng)空調(diào)內(nèi)部
噪聲，提升了通風(fēng)空調(diào)的運(yùn)行效果。但在合流三通管
路等局部區(qū)域依然會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，不利于通風(fēng)空
調(diào)的正常運(yùn)行，依然會(huì)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)的進(jìn)行造成一定干
擾。因此，為了進(jìn)一步提升通風(fēng)空調(diào)運(yùn)行效果，應(yīng)對(duì)通
風(fēng)空調(diào)合流三通管路予以優(yōu)化?；诖?，提出一種通
風(fēng)空調(diào)合流三通管路氣動(dòng)噪聲分析及優(yōu)化方法，對(duì)進(jìn)
一步降低三通管路噪聲水平具有重要意義。
1 通風(fēng)空調(diào)概況
以FH地下空間通風(fēng)空調(diào)為例，介紹一種通風(fēng)空
調(diào)合流三通管路氣動(dòng)噪聲分析及優(yōu)化方法。該通風(fēng)空
調(diào)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由以下幾個(gè)部件構(gòu)成：
1為進(jìn)風(fēng)消波裝置，用于消除進(jìn)風(fēng)流中異常的沖擊波，
以使進(jìn)風(fēng)流保持平穩(wěn)；2為L(zhǎng)WP型除塵器，用于去除
進(jìn)風(fēng)流中的粉塵，防止粉塵對(duì)風(fēng)流傳輸?shù)挠绊?，并?
免粉塵對(duì)后續(xù)裝置造成破壞;3為L(zhǎng)100-1型精除塵
器，用于進(jìn)一步去除風(fēng)流中的粉塵;4為L(zhǎng)X500-1型
濾毒器，用于過(guò)濾風(fēng)流中的有毒成分；5一7為風(fēng)機(jī)，
用于井上與井下空氣的交換；8為冷凍除濕機(jī)，用于
去除空氣中的水分，降低空氣濕度，以此構(gòu)建出良好
的井下作業(yè)環(huán)境；9為電加熱器，用于加熱空氣，提高
空氣溫度；10為電加濕器，用于提高空氣中的水分，
以使空氣濕度保持良好的狀態(tài)；11為消聲器，用于抑
制通風(fēng)空調(diào)內(nèi)部的噪聲；12為排氣消波裝置，用于消
除排氣中的沖擊波；-B-B-為送風(fēng)管，用于對(duì)空調(diào)系
統(tǒng)內(nèi)部風(fēng)流的輸送；-X-X-為排風(fēng)管，用于空調(diào)系統(tǒng)
處理后的空氣排出；①一④為合流三通管路，用于改
變空調(diào)內(nèi)部空氣的流動(dòng)方向"。其中，合流三通管路
是通風(fēng)空調(diào)的重要組成部分，直接關(guān)系到通風(fēng)空調(diào)的
運(yùn)行情況。然而通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觀察可以發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)空調(diào)
運(yùn)行過(guò)程中，合流三通管路經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重的噪聲問(wèn)
題，影響整個(gè)通風(fēng)空調(diào)的運(yùn)行。因此，為了使通風(fēng)空調(diào)
在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中發(fā)揮出更大的作用，擬對(duì)通風(fēng)空調(diào)合流
三通管路予以優(yōu)化。
5 8 910 6 11 12
2
廣TK區(qū)
3 4
圖1 通風(fēng)空調(diào)總體結(jié)構(gòu)圖
2 構(gòu)建模型
為了解通風(fēng)空調(diào)合流三通管路的流場(chǎng)特性與聲
場(chǎng)特性，需要對(duì)合流三通管路進(jìn)行模擬分析。模擬分
析時(shí)先要根據(jù)三通管路具體情況，利用CFD軟件構(gòu)
建出三通管路的三維模型[2]。同時(shí),將三通管路的規(guī)
格尺寸等參數(shù)錄人到CFD軟件內(nèi)，包括：截面設(shè)置成
250mm×250mm，千管人口段長(zhǎng)度設(shè)置成1000mm，
管內(nèi)空氣密度設(shè)置成1.225kg/m，動(dòng)力黏度設(shè)置成
1.7894×10-5Pas，聲速設(shè)置成340m/s[3]。同時(shí)，分別
對(duì)三通管路模型劃分網(wǎng)格,其中，流場(chǎng)特性分析時(shí)，采
用的是9mm的六面體網(wǎng)格；聲場(chǎng)特性分析時(shí)，總體
上采用的是15mm的六面體網(wǎng)格，局部區(qū)域適當(dāng)加
密，由此得到包含310682個(gè)小網(wǎng)格，三通管路流場(chǎng)
有限元模型圖如圖2所示。
3模擬分析
3.1 流場(chǎng)特性分析
以圖2-1所示模型為基礎(chǔ)，模擬分析了三通管路
收稿日期：2024-10-11
作者簡(jiǎn)介：郭雷（1976一），男，山東聊城人，本科，畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)電廠熱動(dòng)專業(yè)，工程師，從事項(xiàng)目管理工作。
2025年第4期 郭 雷：通風(fēng)空調(diào)合 動(dòng)噪聲分析及優(yōu)化 67
的流場(chǎng)特性，由此得到如圖3所示結(jié)果。由圖3可知，
三通管路運(yùn)行過(guò)程中，合流后的下游管段流場(chǎng)情況較
為復(fù)雜，出現(xiàn)的擾動(dòng)強(qiáng)度較高，尤其是下壁面管段處
這一情況更加顯著，而在人口段，空氣的流態(tài)則較為
平穩(wěn)，受到的擾動(dòng)相對(duì)較??；在三通段與下游段區(qū)域，
出現(xiàn)了非定常渦旋運(yùn)動(dòng)，壓力等值線密集，壓力梯度
值較高，使得該區(qū)域較強(qiáng)的脈動(dòng)壓力很容易轉(zhuǎn)變成偶
極子聲壓。
圖2 三通管路流場(chǎng)有限元模型圖
9.000
.875
50
50
0
3-1 速度流線3-2 壓力等值線
圖3 流場(chǎng)特性分析結(jié)果
選擇三通管道的中心截面作為研究對(duì)象，進(jìn)一步
分析了聲源點(diǎn)為0時(shí)三通管道流場(chǎng)特性，由此得到如
圖4結(jié)果。由圖4可知，在速度流線方面，在支管氣流
的干擾下，干管中的流線出現(xiàn)了較大的改變。相對(duì)于
支管氣流速度，干管上游的明顯更高一些，合流后，管
道內(nèi)的氣流重新被分配，其中對(duì)于干管氣流來(lái)說(shuō)，主
要分布于中上側(cè)，而對(duì)于支管氣流來(lái)說(shuō)，則主要分布
于下側(cè)，從而使兩管流線連接區(qū)域的氣流速度最高，
約為8.96m/s。支管氣流向上輸送時(shí),在向右傳輸干管
氣流的作用下，再次改變了流線分布情況，使流線主
要集中于管段尾部的右側(cè)，而在尾端的左側(cè)，則會(huì)出
現(xiàn)氣流漩渦區(qū)，使氣流產(chǎn)生渦流損失[4]。另外，隨著支
管氣流的傳輸，下游段處于靜止?fàn)顟B(tài)的空氣也隨之而
運(yùn)動(dòng)，使得管段內(nèi)部出現(xiàn)渦流的同時(shí)，打破了流線的
均勻性,在不均勻流線的作用下,導(dǎo)致管段中產(chǎn)生了
明顯的脈動(dòng)耗散現(xiàn)象，促使氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)變成聲能[5]。
在壓力分布方面，渦流主要出現(xiàn)在管路下游段與支管
末端左側(cè)，而渦流的壓力梯度處于較高水平，使得管
路內(nèi)部的壓力脈動(dòng)出現(xiàn)較大變化，變化率峰值達(dá)到了
2445.54Pa/s,這時(shí)壓力強(qiáng)度在0.61Pa左右，在較高
聲壓量級(jí)范圍內(nèi)。
3.2 聲場(chǎng)特性分析
以圖2所示模型為基礎(chǔ)，模擬分析了合流三通管
路的聲場(chǎng)特性，以此得到如圖5所示結(jié)果。由圖5可
知，隨著流場(chǎng)頻率的逐漸提升，偶極子聲源強(qiáng)度呈不
斷減弱的趨勢(shì)，但當(dāng)流場(chǎng)頻率低于750Hz時(shí)，偶極子
聲源分布則基本相同，無(wú)明顯變化，表明合流三通管
路運(yùn)行時(shí)，偶極子聲源主要出現(xiàn)在干管下游；流場(chǎng)頻
率超過(guò)750Hz后，聲源逐漸向外擴(kuò)散，使得整個(gè)管路
上均出現(xiàn)了聲源，但聲源強(qiáng)度不斷下降。從總體角度
來(lái)說(shuō)，在低頻條件下，聲源強(qiáng)度峰值約為102.33dB，且
流場(chǎng)頻率對(duì)聲源強(qiáng)度的影響較大。
Velocity Magnitude Pressure
.0
4-1 速度流線4-2 壓力等值線
圖4周局部區(qū)域流場(chǎng)特性分析結(jié)果
Max:87.7436 Max:66.8969
Min:6.78217 Min:-0.360903
87.7 66.9
78.3 60.2
68.8 53.4
59.4 46.7
49.9 40
40.5 33.3
31 26.5 21.6 19.8 12.1 13.1 2.67 6.36 -6.78 -0.361
5-1 60Hz 5-2250 Hz
Max:42.0203
Min:27.5454
42 35:1 28.1
21.2
14.2
724
0.281 6.68
-13.6
-20.6
27.5
5-3 750Hz
圖5 聲場(chǎng)特性分析結(jié)果
4優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用效果分析
根據(jù)上述模擬分析結(jié)果，利用Tecplot軟件對(duì)合
流三通管路進(jìn)行優(yōu)化，具體包括：對(duì)支管末端右側(cè)“直
角”進(jìn)行處理，使其變成“弧形”結(jié)構(gòu)；調(diào)節(jié)支管末端
“傾角”形狀，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析，將原90°傾角調(diào)節(jié)
成60°。然后按照該優(yōu)化方案對(duì)合流三通管路進(jìn)行
改造，并應(yīng)用到地下空間通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)當(dāng)中，通過(guò)對(duì)
優(yōu)化前后三通管路噪聲水平的檢測(cè)，以此判斷上述分
析結(jié)果與優(yōu)化方案是否合理。通過(guò)對(duì)比分析可以發(fā)
現(xiàn)，采用原三通管路時(shí)，噪聲水平處于52.5~109.4dB
范圍內(nèi),均值約為76.8dB；而采用改進(jìn)后的三通管路
時(shí)，噪聲水平處于31.2～80.1dB范圍內(nèi)，均值約為
58.4dB，比原三通管路減少了19.4dB，降低率約為
25.26%，表明該優(yōu)化方案達(dá)到了降噪的目的。
5結(jié)語(yǔ)
通風(fēng)空調(diào)合流三通管路設(shè)計(jì)與優(yōu)化時(shí)，應(yīng)利用有
限元分析的方式對(duì)管路氣動(dòng)噪聲進(jìn)行分析，以準(zhǔn)確了解
管路的流場(chǎng)特性與聲場(chǎng)特性,從而為設(shè)計(jì)出最佳的三通
管路結(jié)構(gòu)提供支持，確保三通管路性能符合通風(fēng)空調(diào)需
求的基礎(chǔ)上，降低管路內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲等級(jí)，防止較大
噪聲影響整個(gè)通風(fēng)空調(diào)的正常運(yùn)行。，（（下轉(zhuǎn)第70頁(yè)）
（編輯：王慧芳）
上接第67頁(yè)
（編輯：李俊慧）
70： jxglkfbjb@126.com 第40卷
機(jī)械管理開發(fā)
可行性，表明該控制策略能夠有效解決起重機(jī)小車的
搖擺和吊重定位問(wèn)題。
3結(jié)論
1)設(shè)計(jì)輸入整形控制模塊、LQR反饋模塊及PD
反饋控制模塊，來(lái)消除起重機(jī)作業(yè)中引發(fā)的運(yùn)動(dòng)和干
擾誘發(fā)振蕩、定位能力等問(wèn)題，提高起重機(jī)作業(yè)效率
和安全性。
2)針對(duì)輸人整形控制器包含的三種控制器，經(jīng)魯
棒性對(duì)比可知,ZV整形器魯棒性最差;EI整形器魯
棒性最強(qiáng);ZVD整形器居于兩者之間。因此，本文采
用EI輸人整形控制器。針對(duì)LQR干擾控制器，經(jīng)兩
組實(shí)驗(yàn)對(duì)比可知，兩個(gè)控制器都可將吊重系統(tǒng)擺角穩(wěn)
定在±1°內(nèi)；針對(duì)PD定位控制器，吊重的實(shí)際位置
波動(dòng)幅度小，且定位誤差在2cm以內(nèi)。
3)當(dāng)采用EI整形控制器與干擾抑制、定位模塊
相結(jié)合的控制策略時(shí)，小車最終的停車位置與目標(biāo)位
置相差10.3mm，滿足小車定位控制要求，驗(yàn)證了該
組合控制策略的可行性。
參考文獻(xiàn)
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Crane Anti-Sway PositioningControl Strategy and Simulation Analysis
Ma Fang
( Jinneng Holding Coal Group Tongfa Dongzhouyao Coal Industry Company Limited, Datong Shanxi
037003, China)
Abstract: In order to improve the operating efficiency and lifting weight positioning accuracy of the crane, through simulation study, it is
proposed to adopt EI input shaping control module, LQR feedback module and PD feedback control module respectively to eliminate the
motion and interference induced oscillation and positioning ability existing in the system, and to validate the feasibility of each controller in
controlling the corresponding problems.When this combined control strategy is adopted, the final parking position of the trolley differs from
the target position by 10.3 m, which meets the requirements of trolley positioning control, and verifies the feasibility of this strategy, which
effectively solves the trolley oscillation and lifting weight positioning problems of the crane.
Key words: crane; positioning control; input shaper; interference control
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Analysis and Optimisation of Pneumatic Noise in Combined Flow Tee Piping for Ventilatiol
and Air Conditioning Systems
Guo Lei
(Project Service Centre of Dongchangfu District, Liaocheng Shandong 252000, China )
Abstract: In order to improve the safety and stability of underground space ventilator and air conditioning operation, a ventilation and air
conditioning merging tee piping pneumatic noise analysis and optimisation method is introduced by taking FH underground space
ventilation and air conditioning as an example.Firstly, the basic situation of underground space ventilation and air conditioning is briefly
introduced, and then, based on this, the finite element model of the combined tee is constructed by using CFD software, and the flow field
characteristics and acoustic field characteristics of the combined tee are analysed by using LMS Virtual.Lab software, and finally, the
corresponding optimisation scheme is formulated based on the results of the simulation analysis and the optimisation scheme is verified by
means of practical application.Verification.Through the verification, it can be found that compared with the original combined tee, the noise
of the optimised tee is significantly reduced, indicating that the optimisation scheme is reasonable.
Key words: ventilation and air conditioning; combined flow tee piping; pneumatic noise

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