基于数值模拟的直筒笼式阀门流噪声特性分析

摘要

调节控制阀在现代自动化和工业领域应用非常广泛，所以对于控制阀内部流噪声特性的分析具有非常重要的意义。控制阀内部流场比较复杂多变，而且噪声比较难以测量，以往研究手段一般都是实验方法，然后获得一些阀门总体性能的参数。但是由于受到实验成本和装置的限制，对于复杂结构的控制阀内部流道流场和声场，很难获得比较准确的相关参数。本次研究尝试通过数值模拟的方法，并结合阀门流场和声场，对阀门流噪声特性进行计算和分析。
　　根据流体力学和计算声学基本理论和方法，建立控制阀的三维流场模型和三维声场模型。选取100％开度、70%开度、40%开度和10%开度四种工况下的阀门，使用计算流体力学软件Fluent进行流场数值模拟计算和声学计算软件Actran进行声场数值模拟计算。然后获得阀门流场的一些重要参数，如压力分布、速度分布和湍流强度分布，以及获得阀门噪声的相关参数，如声压频谱分布、声指向特性分布、声压分布。
　　根据流场计算结果，确定控制阀不同开度和流量系数之间的关系和阀门内部流场的变化。研究结果表明，速度、压力变化以及涡旋强度比较大的区域集中在阀门内部套筒窗口以及套筒处，进而预测这块区域是噪声源所在区域。并分析不同开度阀门流场变化产生差异的原因。
　　分别选用阀门内部和阀门外部的两组监测点来分析控制阀内部和外部的噪声特性。分析结果表明，阀门内部噪声频谱分布在低频和高频状态下存在差异，同时阀门中间区域声压都要高于上下游区域。阀门外部噪声声指向特性分布中，低频状态下的图形规则和对称性要优于高频状态下的图形。同时确定不同开度内外部噪声变化差异的原因。
　　最后，根据流场分析结果对于声场分析结果的影响，来确定阀门内部噪声产生的主要原因。研究结果对于控制阀的噪声特性的研究开发具有一定的参考价值。

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2直筒笼式阀简介

1.3计算气动声学的研究现状

1.4阀门流噪声的研究现状

1.5本文研究的主要内容

第2章直筒笼式阀门流场和声场数值模拟基础

2.1流场数值模拟基础

2.2 声场数值模拟基础

2.3 数值模拟软件的介绍

2.4本章小结

第3章阀门内部流场数值模拟分析

3.1阀门流场几何模型的建立

3.2阀门流场网格的划分

3.3边界条件

3.4阀门流场分析

3.5本章小结

第4章阀门噪声数值模拟分析

4.1阀门声场几何模型

4.2阀门声场网格的划分

4.3声场计算处理和边界条件

4.4阀门噪声分析

4.5本章小结

第5章 总结与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

致谢

参考文献