变截面管道作为流体管路的重要组成部分,广泛应用于居民生活、建筑工程及军事装备中。但由于变截面管道两端的通流面积不同,在实际运行时会带来比较严重的噪声问题,不仅会对人体健康产生危害,而且还会对工业生产、居民生活和军事安全产生负面影响,故有必要对其噪声产生机理及变化规律进行深入研究。本文首先针对国标尺寸下三种不同管径比的变截面管建立三维数值计算模型,并对其几何模型进行网格划分,采用Fluent软件,选用LES方法和FW-H方程,对变截面管内流场与辐射声场进行数值模拟,通过数值计算与实验结果的对比验证了数值模拟方法的准确性。其次,对不同工况下变截面管内压力场与速度场的分布特性进行定性和定量研究,获得了管内横截面平均压力和平均速度随变径角(φ)、入口流速(v)和管径比(λ)的变化规律。在此基础上,引入声源强度作为评价指标,研究了变截面管内的声源特性的分布及演变规律,发现变截面管内噪声主要产生区域在变径处。此外,基于流场分析结果,对变工况下变截面管的声场进行了研究,结果表明:管内流动噪声以200Hz以下的低频噪声为主。在额定流速(v=3m/s)条件下,随着管径比(λ)增加,流动噪声总声压级逐渐减小。在变流速工况下,随流速的增大,各管径比下声压级值逐渐增大。在变角度工况下,λ为0.5、0.6和0.8时声压级值变化规律基本一致,流动噪声声压级值随着变径角角度增大而增大,且增加幅度也越来越大。此外,本文提出了预测变截面管流动噪声的准则关系式,并对其准确性进行了校核,得到方差为0.99,校核了预测模型的准确性。最后,对变工况下变截面管的流固耦合特性进行了研究,得到了变截面管各管径比初始工况下模态振动频率与时频域下壁面平均激励力的演变规律,并通过计算获得了变工况下振动噪声的声压分布特性与流固耦合噪声的频率声压级曲线。基于变截面管流动与振动噪声的分析结果,研究了流固耦合与非流固耦合工况噪声间的关系,结果表明:流固耦合工况噪声声压级值皆大于非流固耦合的流动噪声声压级值,两者的差值也随着流速的增加逐渐增大。在λ=0.5工况v为1m/s、2m/s和3m/s时,两者声压级差值分别为0.50dB、2.12dB和6.99dB,但在λ=0.6与0.8相同流速工况下,两者差值分别为 0.28dB、0.82dB、2.42dB 和 0.20dB、0.42dB、0.88dB,表明随着管径比增大流固耦合噪声声压级值越来越小,且增幅也越来越小。本文对变截面管在不同管径比、入口流速和变径角工况下的流动噪声与流固耦合特性进行了全面的研究,分析了变截面管内流场分布特性,揭示了流动噪声产生机理与演变规律,阐述了振动特性对流固耦合噪声的影响作用,为变截面流体管道的结构优化和噪声控制研究奠定了理论基础。