火焰清理机是利用小尺度多孔圆形射流(d=1.5mm,s/d=4)和大长宽比矩形射流(b/a=44)相结合的可压缩射流清理钢坯表面缺陷的设备。本文利用试验及数值方法研究火焰清理机射流及噪声机理,试验研究伴随流降噪的可行性,数值模拟流场特征,分析各种喷嘴的降噪能力,并从声传播的角度给出遮蔽板的布置方案,最终制定一套综合降低火焰清理机噪声的技术方案。搭建火焰清理机烧嘴试验台,进行冷态及热态试验,分析噪声特性,包括周向分布规律、传播与衰减特性和噪声的频谱特性等。试验结果表明,火焰清理机噪声属于宽频噪声,在低压小流量下中高频噪声明显,高压大流量下高频噪声明显;随着射流压力的升高,噪声的频率从中高频500Hz和8kHz向3kHz高频区靠近,矩形槽氧射流是主要噪声源;远场噪声有明显的指向性,热态试验研究发现,在偏离流向30°～60°方向上噪声的声压级最高,冷态试验研究发现,预热工况和清理工况分别在偏离流向15°和30°方向上噪声声压级最大,噪声源主要是偶极子和四极子。通过有限体积法进行近场流场及远场噪声的数值模拟计算。利用大涡模拟(LES)计算喷嘴近场流场结构,基于Ffowcs Williams-Hawkings积分方程(FW-H积分法)得到远场噪声特性等。数值研究发现近场流场可以大致分为三个区域,混合区,过渡区和充分发展区。利用涡声理论研究火焰清理机喷嘴近场涡结构,指出火焰清理过程噪声污染的决定性因素及降噪的可控因素。通过优化矩形喷口结构,观察流场及声场的变化,从声源处制定火焰清理机降噪方案;随着矩形喷口长宽比的增加,展向平均速度分布由“鞍型”渐趋于“钟型”特征,且势流核心的宽度和长度均缩短,大尺度连续结构破碎距离缩短,其卷吸周围流体的能力更强,小涡卷起的位置更靠近喷管,使得速度衰减的更快,高频噪声会降低;圆角形喷口的势流核心小于矩形喷口,且在过渡区里射流边界远大于矩形喷口,说明在过渡区,其与周围环境的交互作用变强,中高频噪声会降低。噪声频谱特性和周向声压级与试验结果吻合较好。通过有限元法进行气动噪声的计算(混合法计算噪声),可以得到远场噪声传播规律。计算结果表明,预热工况下,通过改变矩形喷嘴结构,将其改为圆切角形喷口、斜边形喷口和直切口形喷口不能降低噪声;在管道内(喷嘴和分配器内部)噪声的污染情况远大于自由空间内的噪声污染,在近喷口混合区内湍流强度最大,此处声压也处于最大区域。伴随流(二次流)的马赫数及伴随角度尤为重要,初步发现降低混合区及过渡区剪切层内的速度梯度可以有效降低噪声,伴随降噪效果在3dB左右;圆角形边喷口可以使势流核心缩短,在过渡区内,增大射流边界可以提高射流与周围环境的卷吸效果,此种方式噪声可降低3～5dB以上;布置吸音材料预计可以使噪声降低5～10dB以上。三种降噪方式最终可以达到超过15dB的降噪能力,基本可以保证室内工作人员处的噪声达到国家标准。