蒸汽管路阀门流动与噪声源特性研究

摘要

蒸汽管路系统是核动力装置重要的组成部分,当高温高压蒸汽经过管路阀门时,阀门作为噪声源部件所产生的强烈流噪声及其辐射噪声问题不容忽视。本文主要通过数值仿真的方法,对某型蒸汽管路阀门流体动力特性及噪声源特性进行研究,为阀门的降噪及低噪声阀门的设计提供依据。
　　 本文首先对管道节流元件的流场计算模型进行了验证性计算,通过比较几种常用湍流模型计算结果和实验值的吻合程度,确定了应用标准κ-ε模型计算管道节流元件的稳态流场,应用大涡模拟计算管道节流元件的非稳态流场和管内脉动压力。
　　 其次,应用PRO/E软件对某型截止阀门及附加管路进行三维建模,结合CFD软件FLUENT对该阀门的内部流场进行三维稳态、非稳态数值模拟。比较了阀门在不同开度、不同蒸汽压降工况下的流场参数,总结了阀门内部的蒸汽流场特性。
　　 最后,研究了阀门内部脉动压力的时域特性,并通过傅里叶变换和平均周期图方法,对阀门内部脉动压力进行了频谱分析和功率谱密度分析。结合蒸汽的流场特性,对阀门流噪声的位置、类型、主要频率及指向性等噪声源特性进行了深入的研究。
　　 结果表明:蒸汽管路阀门缩颈段的出口附近湍流变化程度最剧烈,是引发振动噪声的主要原因。蒸汽管路阀门内部的流噪声主要集中在低频段,以涡流噪声为主。阀门开度、进出口压降的改变对引发阀门内部脉动压力产生了很大的影响。此外,阀门的扰动作用对下游区域的影响使得轴向蒸汽流场和脉动压力分布呈现不规则波动特性,而环向脉动压力却没有明显的指向性。