Modeling the Aerodynamic and Acoustic Characteristics of Plate Dissipative Silencers
Keywords:
noise reduction, flow friction, gas-air paths, sound-absorbing material, dissipative silencers
Abstract
The acoustic and aerodynamic properties of dissipative silencers with plates of constant and variable shape are compared. The purpose of the study was to jointly consider the aerodynamic and acoustic characteristics of silencers of various shapes. The effect the sound-absorbing material density has on the noise attenuation in the silencer is considered. It is shown that the use of variable-shape plates makes it possible to reduce the silencer flow friction. This results in a lower energy consumption for driving the fans and exhaust pumps and in a lower influence of flow friction on the technological processes at power and other industrial enterprises. It is shown that in the case of using plates with a constant shape, a drop in static pressure occurs in the channel between them, whereas in the case of using plates with a variable cross-section, the static pressure increases. With a free area ratio of 38%, the flow friction is reduced by up to 79%. The dependence of noise attenuation in the channels of plates with variable cross-section and constant shape on the free area ratio has been determined. In designing the silencer structures for noise reduction, it is recommended to use silencers with plates of variable cross-section, which have a significantly lower flow friction with the same acoustic efficiency in comparison with plates of a constant shape.
References
1. ИТС 38—2017. Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии.
2. Fuchs H.V. Raum-akustik und Lärm-minderung: Konzepte mit Innovativen Schallabsorbern und-dämpfern. Berlin: Springer Berlin Heidelberg, 2017.
3. Мамаев В.К., Власов Е.Н. Влияние геометрических элементов проточной части центробежного вентилятора с двухсторонним входом на шум и экономичность // Газовая промышленность. 2010. № 6(647). С. 40—41.
4. Тараторин А.А., Мухаметов А.Б. Влияние климатических факторов на определение требуемого снижения шума тягодутьевых машин ТЭС // Защита от повышенного шума и вибрации: Материалы VII Всеросс. науч.-практ. конф. с междунар. участием. СПб., 2019. С. 680—689.
5. ГОСТ 31328—2006 (ИСО 14163:1998). Шум. Руководство по снижению шума глушителями.
6. Яблоник Л.Р. Моделирование акустических свойств диссипативных глушителей // Техническая акустика. 2009. № 3(9). С. 1—13.
7. Venegas R., Arenas J.P., Boutin C. Analytical Modeling of Dissipative Silencers // J. Acoustical Soc. America. 2018. V. 144. P. 2998.
8. Kirby R. Modelling Dissipative Silencers using Point Collocation // Proc. Tenth Intern. Congress Sound and Vibration. Stockholm, 2003. Pp. 3263—3270.
9. Григорьев И.В. Исследование и оптимизация аэродинамики газоходов и дымовых труб ТЭС: дисс. … канд. техн. наук. М.: Изд-во МЭИ, 2014.
10. Прохоров В.Б., Григорьев И.В., Фоменко М.В., Каверин А.А. Оптимизация аэродинамики газового тракта котла ПК-39 энергоблока № 4 Троицкой ГРЭС с помощью математического моделирования течения газов // Теплоэнергетика. 2015. № 12. С. 49—55.
11. Пат. № 208307 РФ. Пластинчатый глушитель шума / А.А. Тараторин, А.Б. Мухаметов // Бюлл изобрет. 2021. № 35.
12. Howard C.Q., Cazzolato B.S. Acoustic Analyses using MATLAB and Ansys. Boca Raton: CRC press, 2014.
13. Григорьян Ф.Е., Перцовский Е.А. Расчет и проектирование глушителей шума энергоустановок. Л.: Энергия, 1980.
14. Вайсера Г.С., Пучка О.В., Лесовик В.С., Бессонов И.В., Алексеев С.В. Влияние влагосодержания, воздухопроницаемости и плотности материала на его звукопоглощающие характеристики // Строительные материалы. 2017. № 6. C. 24—27.
15. Ersoy S., Kucuk H. Investigation of Industrial Tea-leaf-fibre Waste Material for Its Sound Absorption Properties // Appl. Acoustics. 2009. V. 70. Pp. 215—220.
16. Попов А.Ю. Моделирование распределения воздушного потока в программном комплексе SolidWorks Flow Simulation // Акустические проблемы гуманитарных и естественных наук. 2017. № 3–3, 2017. С. 74—77.
17. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992.
18. Wu S.F. Reconstructing Acoustic Field Based on the Normal Surface Velocity Input Data // J. Acoustic Soc. America. 2015. V. 137(4). P. 2234.
19. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Mathematical Modeling of Noise Attenuation in Dissipative Silencers of Irregular Shape // Proc. III Intern. Youth Conf. Radio Electronics, Electrical and Power Eng. Moscow, 2021. Pp. 1—5.
20. Taratorin A.A, Mukhametov A.B. Optimization of Complexly Shaped Dissipative Silencers // Akustika. 2021. V. 39.
21. Хрулев С. Анализ акустики в Ansys Mechanical // САПР и графика. 2014. № 8. С. 54—55.
22. Aliff M. AZIZI. Simulation of Acoustic Pressure Field Generated by Ultrasonic Transducer. Queensland: University of Queensland, 2019.
---
Для цитирования: Тараторин А.А., Мухаметов А.Б. Моделирование аэродинамических и акустических характеристик пластинчатых диссипативных глушителей // Вестник МЭИ. 2023. № 2. С. 108—117. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-2-108-117
---
Работа выполнена при поддержке: гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых — кандидатов наук (грант № MK 3244.2022.4)
#
1. ITS 38—2017. Szhiganie Topliva na Krupnykh Ustanovkakh v Tselyakh Proizvodstva Energii. (in Russian).
2. Fuchs H.V. Raum-akustik und Lärm-minderung: Konzepte mit Innovativen Schallabsorbern und-dämpfern. Berlin: Springer Berlin Heidelberg, 2017.
3. Mamaev V.K., Vlasov E.N. Vliyanie Geometricheskikh Elementov Protochnoy Chasti Tsentrobezhnogo Ventilyatora s Dvukhstoronnim Vkhodom na Shum i Ekonomichnost'. Gazovaya promyshlennost'. 2010;6(647):40—41. (in Russian).
4. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Vliyanie Klimaticheskikh Faktorov na Opredelenie Trebuemogo Snizheniya Shuma Tyagodut'evykh Mashin TES. Zashchita ot Povyshennogo Shuma i Vibratsii: Materialy VII Vseross. Nauch.-prakt. Konf. s Mezhdunar. Uchastiem. SPb., 2019:680—689. (in Russian).
5. GOST 31328—2006 (ISO 14163:1998). Shum. Rukovodstvo po Snizheniyu Shuma Glushitelyami. (in Russian).
6. Yablonik L.R. Modelirovanie Akusticheskikh Svoystv Dissipativnykh Glushiteley. Tekhnicheskaya Akustika. 2009;3(9):1—13. (in Russian).
7. Venegas R., Arenas J.P., Boutin C. Analytical Modeling of Dissipative Silencers. J. Acoustical Soc. America. 2018;144:2998.
8. Kirby R. Modelling Dissipative Silencers using Point Collocation. Proc. Tenth Intern. Congress Sound and Vibration. Stockholm, 2003:3263—3270.
9. Grigor'ev I.V. Issledovanie i Optimizatsiya Aerodinamiki Gazokhodov i Dymovykh Trub TES: Diss. … Kand. Tekhn. Nauk. M.: Izd-vo MEI, 2014. (in Russian).
10. Prokhorov V.B., Grigor'ev I.V., Fomenko M.V., Kaverin A.A. Optimizatsiya Aerodinamiki Gazovogo Trakta Kotla PK-39 Energobloka № 4 Troitskoy GRES s Pomoshch'yu Matematicheskogo Modelirovaniya Techeniya Gazov. Teploenergetika. 2015;12:49—55. (in Russian).
11. Pat. № 208307 RF. Plastinchatyy Glushitel' Shuma. A.A. Taratorin, A.B. Mukhametov. Byull Izobret. 2021;35. (in Russian).
12. Howard C.Q., Cazzolato B.S. Acoustic Analyses using MATLAB and Ansys. Boca Raton: CRC press, 2014.
13. Grigor'yan F.E., Pertsovskiy E.A. Raschet i Proektirovanie Glushiteley Shuma Energoustanovok. L.: Energiya, 1980. (in Russian).
14. Vaysera G.S., Puchka O.V., Lesovik V.S., Bessonov I.V., Alekseev S.V. Vliyanie Vlagosoderzhaniya, Vozdukhopronitsaemosti i Plotnosti Materiala na Ego Zvukopogloshchayushchie Kharakteristiki. Stroitel'nye Materialy. 2017;6:24—27. (in Russian).
15. Ersoy S., Kucuk H. Investigation of Industrial Tea-leaf-fibre Waste Material for Its Sound Absorption Properties. Appl. Acoustics. 2009;70:215—220.
16. Popov A.Yu. Modelirovanie Raspredeleniya Vozdushnogo Potoka V Programmnom Komplekse SolidWorks Flow Simulation. Akusticheskie Problemy Gumanitarnykh i Estestvennykh Nauk. 2017;3–3, 2017:74—77. (in Russian).
17. Idel'chik I.E. Spravochnik po Gidravlicheskim Soprotivleniyam. M.: Mashinostroenie, 1992. (in Russian).
18. Wu S.F. Reconstructing Acoustic Field Based on the Normal Surface Velocity Input Data. J. Acoustic Soc. America. 2015;137(4):2234.
19. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Mathematical Modeling of Noise Attenuation in Dissipative Silencers of Irregular Shape. Proc. III Intern. Youth Conf. Radio Electronics, Electrical and Power Eng. Moscow, 2021:1—5.
20. Taratorin A.A, Mukhametov A.B. Optimization of Complexly Shaped Dissipative Silencers. Akustika. 2021;39.
21. Khrulev S. Analiz Akustiki v Ansys Mechanical. SAPR i Grafika. 2014;8:54—55. (in Russian).
22. Aliff M. AZIZI. Simulation of Acoustic Pressure Field Generated by Ultrasonic Transducer. Queensland: University of Queensland, 2019.
---
For citation: Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Modeling the Aerodynamic and Acoustic Characteristics of Plate Dissipative Silencers. Bulletin of MPEI. 2023;2:108—117. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-2-108-117
---
The work is executed at support: Grant of the President of the Russian Federation for State Support of Young Russian Scientists — Candidates of Sciences (Grant no. MK 3244.2022.4)
2. Fuchs H.V. Raum-akustik und Lärm-minderung: Konzepte mit Innovativen Schallabsorbern und-dämpfern. Berlin: Springer Berlin Heidelberg, 2017.
3. Мамаев В.К., Власов Е.Н. Влияние геометрических элементов проточной части центробежного вентилятора с двухсторонним входом на шум и экономичность // Газовая промышленность. 2010. № 6(647). С. 40—41.
4. Тараторин А.А., Мухаметов А.Б. Влияние климатических факторов на определение требуемого снижения шума тягодутьевых машин ТЭС // Защита от повышенного шума и вибрации: Материалы VII Всеросс. науч.-практ. конф. с междунар. участием. СПб., 2019. С. 680—689.
5. ГОСТ 31328—2006 (ИСО 14163:1998). Шум. Руководство по снижению шума глушителями.
6. Яблоник Л.Р. Моделирование акустических свойств диссипативных глушителей // Техническая акустика. 2009. № 3(9). С. 1—13.
7. Venegas R., Arenas J.P., Boutin C. Analytical Modeling of Dissipative Silencers // J. Acoustical Soc. America. 2018. V. 144. P. 2998.
8. Kirby R. Modelling Dissipative Silencers using Point Collocation // Proc. Tenth Intern. Congress Sound and Vibration. Stockholm, 2003. Pp. 3263—3270.
9. Григорьев И.В. Исследование и оптимизация аэродинамики газоходов и дымовых труб ТЭС: дисс. … канд. техн. наук. М.: Изд-во МЭИ, 2014.
10. Прохоров В.Б., Григорьев И.В., Фоменко М.В., Каверин А.А. Оптимизация аэродинамики газового тракта котла ПК-39 энергоблока № 4 Троицкой ГРЭС с помощью математического моделирования течения газов // Теплоэнергетика. 2015. № 12. С. 49—55.
11. Пат. № 208307 РФ. Пластинчатый глушитель шума / А.А. Тараторин, А.Б. Мухаметов // Бюлл изобрет. 2021. № 35.
12. Howard C.Q., Cazzolato B.S. Acoustic Analyses using MATLAB and Ansys. Boca Raton: CRC press, 2014.
13. Григорьян Ф.Е., Перцовский Е.А. Расчет и проектирование глушителей шума энергоустановок. Л.: Энергия, 1980.
14. Вайсера Г.С., Пучка О.В., Лесовик В.С., Бессонов И.В., Алексеев С.В. Влияние влагосодержания, воздухопроницаемости и плотности материала на его звукопоглощающие характеристики // Строительные материалы. 2017. № 6. C. 24—27.
15. Ersoy S., Kucuk H. Investigation of Industrial Tea-leaf-fibre Waste Material for Its Sound Absorption Properties // Appl. Acoustics. 2009. V. 70. Pp. 215—220.
16. Попов А.Ю. Моделирование распределения воздушного потока в программном комплексе SolidWorks Flow Simulation // Акустические проблемы гуманитарных и естественных наук. 2017. № 3–3, 2017. С. 74—77.
17. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992.
18. Wu S.F. Reconstructing Acoustic Field Based on the Normal Surface Velocity Input Data // J. Acoustic Soc. America. 2015. V. 137(4). P. 2234.
19. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Mathematical Modeling of Noise Attenuation in Dissipative Silencers of Irregular Shape // Proc. III Intern. Youth Conf. Radio Electronics, Electrical and Power Eng. Moscow, 2021. Pp. 1—5.
20. Taratorin A.A, Mukhametov A.B. Optimization of Complexly Shaped Dissipative Silencers // Akustika. 2021. V. 39.
21. Хрулев С. Анализ акустики в Ansys Mechanical // САПР и графика. 2014. № 8. С. 54—55.
22. Aliff M. AZIZI. Simulation of Acoustic Pressure Field Generated by Ultrasonic Transducer. Queensland: University of Queensland, 2019.
---
Для цитирования: Тараторин А.А., Мухаметов А.Б. Моделирование аэродинамических и акустических характеристик пластинчатых диссипативных глушителей // Вестник МЭИ. 2023. № 2. С. 108—117. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-2-108-117
---
Работа выполнена при поддержке: гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых — кандидатов наук (грант № MK 3244.2022.4)
#
1. ITS 38—2017. Szhiganie Topliva na Krupnykh Ustanovkakh v Tselyakh Proizvodstva Energii. (in Russian).
2. Fuchs H.V. Raum-akustik und Lärm-minderung: Konzepte mit Innovativen Schallabsorbern und-dämpfern. Berlin: Springer Berlin Heidelberg, 2017.
3. Mamaev V.K., Vlasov E.N. Vliyanie Geometricheskikh Elementov Protochnoy Chasti Tsentrobezhnogo Ventilyatora s Dvukhstoronnim Vkhodom na Shum i Ekonomichnost'. Gazovaya promyshlennost'. 2010;6(647):40—41. (in Russian).
4. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Vliyanie Klimaticheskikh Faktorov na Opredelenie Trebuemogo Snizheniya Shuma Tyagodut'evykh Mashin TES. Zashchita ot Povyshennogo Shuma i Vibratsii: Materialy VII Vseross. Nauch.-prakt. Konf. s Mezhdunar. Uchastiem. SPb., 2019:680—689. (in Russian).
5. GOST 31328—2006 (ISO 14163:1998). Shum. Rukovodstvo po Snizheniyu Shuma Glushitelyami. (in Russian).
6. Yablonik L.R. Modelirovanie Akusticheskikh Svoystv Dissipativnykh Glushiteley. Tekhnicheskaya Akustika. 2009;3(9):1—13. (in Russian).
7. Venegas R., Arenas J.P., Boutin C. Analytical Modeling of Dissipative Silencers. J. Acoustical Soc. America. 2018;144:2998.
8. Kirby R. Modelling Dissipative Silencers using Point Collocation. Proc. Tenth Intern. Congress Sound and Vibration. Stockholm, 2003:3263—3270.
9. Grigor'ev I.V. Issledovanie i Optimizatsiya Aerodinamiki Gazokhodov i Dymovykh Trub TES: Diss. … Kand. Tekhn. Nauk. M.: Izd-vo MEI, 2014. (in Russian).
10. Prokhorov V.B., Grigor'ev I.V., Fomenko M.V., Kaverin A.A. Optimizatsiya Aerodinamiki Gazovogo Trakta Kotla PK-39 Energobloka № 4 Troitskoy GRES s Pomoshch'yu Matematicheskogo Modelirovaniya Techeniya Gazov. Teploenergetika. 2015;12:49—55. (in Russian).
11. Pat. № 208307 RF. Plastinchatyy Glushitel' Shuma. A.A. Taratorin, A.B. Mukhametov. Byull Izobret. 2021;35. (in Russian).
12. Howard C.Q., Cazzolato B.S. Acoustic Analyses using MATLAB and Ansys. Boca Raton: CRC press, 2014.
13. Grigor'yan F.E., Pertsovskiy E.A. Raschet i Proektirovanie Glushiteley Shuma Energoustanovok. L.: Energiya, 1980. (in Russian).
14. Vaysera G.S., Puchka O.V., Lesovik V.S., Bessonov I.V., Alekseev S.V. Vliyanie Vlagosoderzhaniya, Vozdukhopronitsaemosti i Plotnosti Materiala na Ego Zvukopogloshchayushchie Kharakteristiki. Stroitel'nye Materialy. 2017;6:24—27. (in Russian).
15. Ersoy S., Kucuk H. Investigation of Industrial Tea-leaf-fibre Waste Material for Its Sound Absorption Properties. Appl. Acoustics. 2009;70:215—220.
16. Popov A.Yu. Modelirovanie Raspredeleniya Vozdushnogo Potoka V Programmnom Komplekse SolidWorks Flow Simulation. Akusticheskie Problemy Gumanitarnykh i Estestvennykh Nauk. 2017;3–3, 2017:74—77. (in Russian).
17. Idel'chik I.E. Spravochnik po Gidravlicheskim Soprotivleniyam. M.: Mashinostroenie, 1992. (in Russian).
18. Wu S.F. Reconstructing Acoustic Field Based on the Normal Surface Velocity Input Data. J. Acoustic Soc. America. 2015;137(4):2234.
19. Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Mathematical Modeling of Noise Attenuation in Dissipative Silencers of Irregular Shape. Proc. III Intern. Youth Conf. Radio Electronics, Electrical and Power Eng. Moscow, 2021:1—5.
20. Taratorin A.A, Mukhametov A.B. Optimization of Complexly Shaped Dissipative Silencers. Akustika. 2021;39.
21. Khrulev S. Analiz Akustiki v Ansys Mechanical. SAPR i Grafika. 2014;8:54—55. (in Russian).
22. Aliff M. AZIZI. Simulation of Acoustic Pressure Field Generated by Ultrasonic Transducer. Queensland: University of Queensland, 2019.
---
For citation: Taratorin A.A., Mukhametov A.B. Modeling the Aerodynamic and Acoustic Characteristics of Plate Dissipative Silencers. Bulletin of MPEI. 2023;2:108—117. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-2-108-117
---
The work is executed at support: Grant of the President of the Russian Federation for State Support of Young Russian Scientists — Candidates of Sciences (Grant no. MK 3244.2022.4)
Published
2022-12-16
Section
Energy Systems and Complexes (2.4.5)
