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通风空调合流三通管路气动噪声分析及优化

文档作者：郭雷文档来源：聊城市东昌府区项目服务中心		点击数：	更新时间： 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
总第264期 机械管理开发 Total2264
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2025.04.023
通风空调合流三通管路气动噪声分析及优化
郭雷
（聊城市东昌府区项目服务中心， 山东聊城252000)
摘要：为了提升地下空间通风机空调运行安全性与稳定性，以FH地下空间通风空调为例，介绍一种通风空调合
流三通管路气动噪声分析及优化方法。介绍了地下空间通风空调基本情况，然后以此为基础，利用CFD软件构建
出合流三通管路的有限元模型，利用LMSVirtual.Lab软件对合流三通管路的流场特性、声场特性进行分析，最后根
据模拟分析结果制定出相应的优化方案，并通过实践应用的方式对优化方案予以验证。通过验证可以发现，相对于
原合流三通管路，优化后三通管路噪声明显下降，表明该优化方案合理。
关键词：通风空调；合流三通管路；气动噪声
中图分类号：TU8316 文献标识码：A 文章编号：1003-773X(2025）04-0066-02
0引言
通风空调是现代地下空间生产中的重要设备之
一，用于矿井温湿度的调节，该设备性能的好坏,直接
关系到井下生产作业的安全性与效率。然而通过大量
实践表明，通风空调运行过程中通常伴有较为严重的
噪声问题，虽然随着科学技术的快速发展，降噪技术
更加成熟与完善，在一定程度上降低了通风空调内部
噪声，提升了通风空调的运行效果。但在合流三通管
路等局部区域依然会产生较大的噪声，不利于通风空
调的正常运行，依然会对生产作业的进行造成一定干
扰。因此，为了进一步提升通风空调运行效果，应对通
风空调合流三通管路予以优化。基于此，提出一种通
风空调合流三通管路气动噪声分析及优化方法，对进
一步降低三通管路噪声水平具有重要意义。
1 通风空调概况
以FH地下空间通风空调为例，介绍一种通风空
调合流三通管路气动噪声分析及优化方法。该通风空
调总体结构如图1所示，主要由以下几个部件构成：
1为进风消波装置，用于消除进风流中异常的冲击波，
以使进风流保持平稳；2为LWP型除尘器，用于去除
进风流中的粉尘，防止粉尘对风流传输的影响，并避
免粉尘对后续装置造成破坏;3为L100-1型精除尘
器，用于进一步去除风流中的粉尘;4为LX500-1型
滤毒器，用于过滤风流中的有毒成分；5一7为风机，
用于井上与井下空气的交换；8为冷冻除湿机，用于
去除空气中的水分，降低空气湿度，以此构建出良好
的井下作业环境；9为电加热器，用于加热空气，提高
空气温度；10为电加湿器，用于提高空气中的水分，
以使空气湿度保持良好的状态；11为消声器，用于抑
制通风空调内部的噪声；12为排气消波装置，用于消
除排气中的冲击波；-B-B-为送风管，用于对空调系
统内部风流的输送；-X-X-为排风管，用于空调系统
处理后的空气排出；①一④为合流三通管路，用于改
变空调内部空气的流动方向"。其中，合流三通管路
是通风空调的重要组成部分，直接关系到通风空调的
运行情况。然而通过对现场观察可以发现，通风空调
运行过程中，合流三通管路经常出现严重的噪声问
题，影响整个通风空调的运行。因此，为了使通风空调
在现场作业中发挥出更大的作用，拟对通风空调合流
三通管路予以优化。
5 8 910 6 11 12
2
广TK区
3 4
图1 通风空调总体结构图
2 构建模型
为了解通风空调合流三通管路的流场特性与声
场特性，需要对合流三通管路进行模拟分析。模拟分
析时先要根据三通管路具体情况，利用CFD软件构
建出三通管路的三维模型[2]。同时,将三通管路的规
格尺寸等参数录人到CFD软件内，包括：截面设置成
250mm×250mm，千管人口段长度设置成1000mm，
管内空气密度设置成1.225kg/m，动力黏度设置成
1.7894×10-5Pas，声速设置成340m/s[3]。同时，分别
对三通管路模型划分网格,其中，流场特性分析时，采
用的是9mm的六面体网格；声场特性分析时，总体
上采用的是15mm的六面体网格，局部区域适当加
密，由此得到包含310682个小网格，三通管路流场
有限元模型图如图2所示。
3模拟分析
3.1 流场特性分析
以图2-1所示模型为基础，模拟分析了三通管路
收稿日期：2024-10-11
作者简介：郭雷（1976一），男，山东聊城人，本科，毕业于山东工业大学电厂热动专业，工程师，从事项目管理工作。
2025年第4期 郭 雷：通风空调合 动噪声分析及优化 67
的流场特性，由此得到如图3所示结果。由图3可知，
三通管路运行过程中，合流后的下游管段流场情况较
为复杂，出现的扰动强度较高，尤其是下壁面管段处
这一情况更加显著，而在人口段，空气的流态则较为
平稳，受到的扰动相对较小；在三通段与下游段区域，
出现了非定常涡旋运动，压力等值线密集，压力梯度
值较高，使得该区域较强的脉动压力很容易转变成偶
极子声压。
图2 三通管路流场有限元模型图
9.000
.875
50
50
0
3-1 速度流线3-2 压力等值线
图3 流场特性分析结果
选择三通管道的中心截面作为研究对象，进一步
分析了声源点为0时三通管道流场特性，由此得到如
图4结果。由图4可知，在速度流线方面，在支管气流
的干扰下，干管中的流线出现了较大的改变。相对于
支管气流速度，干管上游的明显更高一些，合流后，管
道内的气流重新被分配，其中对于干管气流来说，主
要分布于中上侧，而对于支管气流来说，则主要分布
于下侧，从而使两管流线连接区域的气流速度最高，
约为8.96m/s。支管气流向上输送时,在向右传输干管
气流的作用下，再次改变了流线分布情况，使流线主
要集中于管段尾部的右侧，而在尾端的左侧，则会出
现气流漩涡区，使气流产生涡流损失[4]。另外，随着支
管气流的传输，下游段处于静止状态的空气也随之而
运动，使得管段内部出现涡流的同时，打破了流线的
均匀性,在不均匀流线的作用下,导致管段中产生了
明显的脉动耗散现象，促使气流动能转变成声能[5]。
在压力分布方面，涡流主要出现在管路下游段与支管
末端左侧，而涡流的压力梯度处于较高水平，使得管
路内部的压力脉动出现较大变化，变化率峰值达到了
2445.54Pa/s,这时压力强度在0.61Pa左右，在较高
声压量级范围内。
3.2 声场特性分析
以图2所示模型为基础，模拟分析了合流三通管
路的声场特性，以此得到如图5所示结果。由图5可
知，随着流场频率的逐渐提升，偶极子声源强度呈不
断减弱的趋势，但当流场频率低于750Hz时，偶极子
声源分布则基本相同，无明显变化，表明合流三通管
路运行时，偶极子声源主要出现在干管下游；流场频
率超过750Hz后，声源逐渐向外扩散，使得整个管路
上均出现了声源，但声源强度不断下降。从总体角度
来说，在低频条件下，声源强度峰值约为102.33dB，且
流场频率对声源强度的影响较大。
Velocity Magnitude Pressure
.0
4-1 速度流线4-2 压力等值线
图4周局部区域流场特性分析结果
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
图5 声场特性分析结果
4优化设计及应用效果分析
根据上述模拟分析结果，利用Tecplot软件对合
流三通管路进行优化，具体包括：对支管末端右侧“直
角”进行处理，使其变成“弧形”结构；调节支管末端
“倾角”形状，通过实验模拟分析，将原90°倾角调节
成60°。然后按照该优化方案对合流三通管路进行
改造，并应用到地下空间通风空调系统当中，通过对
优化前后三通管路噪声水平的检测，以此判断上述分
析结果与优化方案是否合理。通过对比分析可以发
现，采用原三通管路时，噪声水平处于52.5~109.4dB
范围内,均值约为76.8dB；而采用改进后的三通管路
时，噪声水平处于31.2～80.1dB范围内，均值约为
58.4dB，比原三通管路减少了19.4dB，降低率约为
25.26%，表明该优化方案达到了降噪的目的。
5结语
通风空调合流三通管路设计与优化时，应利用有
限元分析的方式对管路气动噪声进行分析，以准确了解
管路的流场特性与声场特性,从而为设计出最佳的三通
管路结构提供支持，确保三通管路性能符合通风空调需
求的基础上，降低管路内部产生的噪声等级，防止较大
噪声影响整个通风空调的正常运行。，（（下转第70页）
（编辑：王慧芳）
上接第67页
（编辑：李俊慧）
70： jxglkfbjb@126.com 第40卷
机械管理开发
可行性，表明该控制策略能够有效解决起重机小车的
摇摆和吊重定位问题。
3结论
1)设计输入整形控制模块、LQR反馈模块及PD
反馈控制模块，来消除起重机作业中引发的运动和干
扰诱发振荡、定位能力等问题，提高起重机作业效率
和安全性。
2)针对输人整形控制器包含的三种控制器，经鲁
棒性对比可知,ZV整形器鲁棒性最差;EI整形器鲁
棒性最强;ZVD整形器居于两者之间。因此，本文采
用EI输人整形控制器。针对LQR干扰控制器，经两
组实验对比可知，两个控制器都可将吊重系统摆角稳
定在±1°内；针对PD定位控制器，吊重的实际位置
波动幅度小，且定位误差在2cm以内。
3)当采用EI整形控制器与干扰抑制、定位模块
相结合的控制策略时，小车最终的停车位置与目标位
置相差10.3mm，满足小车定位控制要求，验证了该
组合控制策略的可行性。
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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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