外笼套式节流阀气动噪声特性分析及优化

为解决外笼套式节流阀在生产过程中产生的高噪声问题,采用大涡模拟对外笼套式节流阀流场进行模拟计算。从流场特征角度分析气动噪声产生的机制,并基于此提出结构改进方法。通过Box-Behnken响应面设计,以改进结构的孔径、孔数和孔长为优化变量,以监测点总声压级为优化目标,开展降噪结构优化设计。结果表明:节流孔结构突变使流体介质在阀门下游形成多尺度多样化复杂流动,结构改进后流场内压力和速度脉动减小,湍化程度降低,具有二次节流和降噪效果;孔径的变化对监测点总声压级响应值的影响最为明显;对应流道模型的数值模拟结果与系统预测响应值之间的误差为1.19%,验证了BBD响应面法优化结果的可靠性;优化后节流阀总声压级下降了13.1 dB,达到了预期的降噪目的。

适用于天然气压缩机的曲率连续阀形态与流道设计

为提高天然气压缩机性能,提出了一种截面母线为圆锥曲线的曲率连续阀。构建了曲率连续阀的流通面积数学模型;通过CFD(计算流体动力学)对不同几何参数、不同工况的曲率连续阀内部流场与流通性能进行了数值模拟分析,得到了曲率连续阀的压力损耗、气动力与迹线流出角度分析结果,并优化设计了曲率连续阀的形态与流道;对曲率连续阀和平台型锥阀进行了数值模拟实验,得到了不同类阀气动力、流通面积与压力损耗的对比结果。研究表明,曲率连续阀的几何参数直接决定其流通面积、气动力、压力损耗等性能指标;在相同工况下,曲率连续阀工作性能相较于传统平台型锥阀有一定提高,研究结果为气阀形态创新研究提供了理论基础。

基于流固耦合的压缩机吸气阀组气动噪声研究

往复式压缩机吸气阀组工作过程存在明显的流固耦合现象,现有的固定阀片开度的数值仿真模型大多没有考虑流固耦合现象,而考虑流固耦合现象的数值仿真模型由于忽略了活塞和阀板的作用难以获取足够的声源信息。文章建立考虑活塞和阀板作用的流固耦合数值仿真模型,并与其他模型获得的运动、流场和声场特性进行对比,结果表明:所建立的流固耦合模型能够更准确地描述吸气阀组的工作过程,获得更丰富的声源信息;基于该流固耦合数值仿真模型开展通流截面参数对吸气阀组气动噪声的影响分析,并优化设计了截面参数。

蒸汽放空阀噪声传播分析及结构优化

针对某化工厂DN100-PN63蒸汽放空阀在开度0~60%的振动噪声问题,基于分离涡算法和M9hring声类比理论,采用Fluent和Actran软件对开度为40%的阀门进行真实工况的流场和声场数值模拟分析,研究阀门内部流动情况及阀门内、外噪声分布情况,提出4种改进结构,并分别对其流场和声场进行深入的对比研究。结果表明:原结构阀门内部存在多处涡旋;阀内件和孔板的高马赫数(Ma>0.2)区域约占90%,且存在超音速流动区域,极可能产生较大的冲击波并产生激波啸叫;离阀门及管道1 m处的噪声达116 dB(A),具有宽频特性,并有明显的四极子声源特点;与原结构相比,改进后的4种阀内件对涡旋的消失起到了促进作用,具有明显的降噪效果。

高压大流量切断阀的气动噪声仿真与分析

随着工业技术的快速发展,高压大流量切断阀在油气输送、化工等领域应用广泛,但阀门在运行过程中会产生噪声。针对上述问题,本文基于声类比理论,对单向阀在100%开度下进行Fluent流场分析和Actran声场分析,研究阀门内部流动及内外噪声分布。结果表明,低频率时介质流动产生的噪声扩散到空气时,噪声较为整齐,且声压级较高;在数值模拟的频率范围内,正常工作下产生的噪声相对稳定;噪声指向性分布具有对称性。研究高压大流量切断阀的噪声分布,对后续的设计及优化具有重要指导意义。

燃气轮机燃料控制阀气动噪声特性及降噪设计研究

燃料控制阀是燃气轮机中用于控制燃料流量的关键流程阀门,在全流程运行过程中因阀芯节流设计导致湍流程度增加、诱发气动噪声。为揭示燃料控制阀气动噪声形成机理、提出相应降噪设计方法,该研究采用流体-声学混合计算方法,以200℃甲烷(CH 4)为工质,求解了10%~100%共5个开度条件下燃料控制阀的稳态流场;以稳态流场为初始解,求解了燃料控制阀气动噪声计算所需的瞬态流场参数;建立了气动噪声声传播模型,求解了燃料控制阀气动噪声特性;基于多孔消音理论,开展了燃料控制阀降噪设计。研究结果发现燃料控制阀的全方位气动噪声特性呈现出以中高频为主导的连续宽频特性,多孔消音节流设计可有效降低噪声。该研究为抑制控制阀气动噪声提供重要依据。

武汉市轨道交通16号线列车空气动力学现场试验分析

武汉市轨道交通16号线列车为时速120 km的密闭性地铁快线列车,采用压力波保护阀。文章通过开展武汉市轨道交通16号线列车空气动力学现场试验,分析了列车车内外空气压力变化规律,并测试了压力波保护阀的执行效果,最后评估了列车运行时交变气压波动下的车内压力舒适度及动态密封指数。结果表明:列车通过变截面时车内压力变化幅值相比车外压力变化幅值减小40%~70%;列车运行过程中压力波保护阀执行到位;车内压力舒适度及列车动态密封指数均满足标准要求。

特斯拉阀对压气机深度喘振影响研究

深度喘振是压气机运行过程中最为恶劣的、极具破坏性的流动失稳现象,与压气机部件性能以及系统特性紧密相关。本文通过在压气机上下游采用特斯拉阀以改变系统特性,对比分析了不同特斯拉阀方案对深度喘振的影响规律和机理。研究结果表明,特斯拉阀位置不同对压气机深度喘振特性的影响不一样:压气机下游采用特斯拉阀延长了深度喘振中充放气时间,降低了深度喘振频率同时增大了喘振圈大小;而上游采用特斯拉阀可贮存高温压缩流体,提升进口总温从而使压气机折合转速降低,进而降低压气机最大压升,减小了叶轮所受最大非定常轴向气动力和喘振圈的大小,有效控制了喘振强度。

基于BEM声流固耦合的汽机旁路调节阀噪声特性分析

针对在高压差工况下汽机旁路调节阀噪声存在超出工业噪声允许范围的问题,采用混合仿真的方法对汽机旁路调节阀的流场和声场进行数值仿真计算,对汽机旁路调节阀进行CFD稳态和瞬态流场计算,找出产生噪声与振动的流场诱因。采用声流固单向耦合边界元法和IEC 60534-8-3标准理论预测方法分析汽机旁路调节阀阀后管壁外1 m处的噪声。结果表明,数值模拟与理论计算结果均满足标准规定噪声要求且相差仅为0.94 dB(A),验证了噪声数值模拟方法的有效性,可指导高压差调节阀的噪声研究。

呼吸机用电磁比例阀内气动特性数值模拟研究

电磁比例阀作为一种通过电磁场实现电-机转化的比例阀,能够持续稳定地按比例控制阀出口流量。与传统阀门相比,电磁比例阀具有高性能、低耗电量的优点。呼吸机用电磁比例阀需满足高精度的要求。为了了解呼吸机用电磁比例阀内的气动特性,本文通过数值模拟的方法,探究了不同开度的电磁比例阀和不同进口流量下空气的气动特性,并通过抽取三维涡核直观地展示了比例阀内涡旋强度。模拟结果表明,大开度下阀内压降较低,进口速度比较小;进口流量增加会导致比例阀内压降变大,过高的进口流量不利于比例阀的流量控制。

蝶阀三维流场仿真和阀板驱动力矩求解

为了实现对蝶阀开度的精确控制,计算流动介质对阀板转轴的力矩非常有必要。以空气作为流动介质,利用CFD软件,对某蝶阀随阀板开度连续变化的流场进行了模拟仿真,研究了阀板处于不同开度时的速度场和压力场分布规律,并得到了阀板气动力矩特性曲线。发现气流绕过阀板边缘时发生边界分离,阀板背面产生涡旋;随着阀门开度变大,力矩呈现单调递增的规律,在阀板开度为70°左右时阀板两侧面对阀板轴的合力矩达到最大,之后力矩开始单调递减,开度为90°时合力矩接近零。

钝体/阻流孔式气动阀工作机理及流阻特性研究

针对脉冲爆震发动机的工作特点构思了一种钝体-阻流孔式气动阀,对该气动阀的工作机理进行了分析,通过二维数值方法初步研究了该气动阀的流场分布情况及流阻特性.结果表明:该气动阀具有良好的单向性,出口压力为100 kPa时,该气动阀在来流压力100 kPa<p<500 kPa工作条件下正向流动顺畅,反向流动时,流动阻力随来流压力的升高线性增大.真实爆震环境的数值模拟结果显示,该气动阀的单向性、掺混效果、出口流场均匀度明显提高,反向流动阻力显著增大.

大型暂冲式风洞调压阀设计与特性实验

暂冲式风洞依靠上游的压力调节阀控制风洞运行压力,调压阀的压力调节性能和精度决定了风洞的压力控制精度。环状缝隙型式的调压阀可获得线性或近似线性的调节特性,且具有阀后气流对称性好、调节范围宽、阀芯移动过程中阻力变化均匀等优点,适合用于风洞调压。为了进一步增大调压阀的流通能力,可采取双阀并联调压的方式。给出了某大型暂冲式风洞主调压阀的型面设计方法和性能预测,并给出了性能实测结果。介绍了环状缝隙调压阀的调压型面的工程计算方法、压力调节性能曲线计算方法,最后给出了调压阀实测性能结果。测试结果表明:大型环状缝隙调压阀性能实测结果与理论预测吻合良好,为了匹配大流量下的压力调节要求,采取双阀并联调节的方式可提高风洞运行截止压力,方法可行。

气动阀门发声器特性分析

在对气动阀门发声器的工作过程进行描述基础上,通过理论分析和数值计算与实验相结合的方法,分析了气动阀门发声器的内部流场和外部声场的特征.得出了在气室压力比大于1.89时,低频声波也是占主要成份的结论.

脉冲爆震发动机孔板型气动阀工作特性实验研究

采用流动显示和压力测量两种手段对应用于脉冲爆震发动机的三种不同阻塞比孔板型气动阀进行了试验研究。研究结果表明,在不存在燃烧的流场里,孔板型气动阀具有较强的阻隔压力波动的能力;然而对于采用自适应供油的脉冲爆震发动机,发动机点火后,由于压差,燃油液雾必然向上游流动,孔板型气动阀将处于可燃混合物中,较强的燃烧火焰穿越孔板时,孔板将担当起射流点火的作用,从而加速火焰的传播,最终破坏孔板阻隔压力回传的作用;增大孔板阻塞比可以减少燃油液雾的反流量,这有助于爆震室对进气系统的影响。

环状缝隙调压阀的一种设计方法和特性计算

提出环状缝隙调压阀结构设计和气动特性计算的一种方法,推导出阀门型面坐标的计算公式,针对调压阀的气动特性编制了相应的计算程序,通过计算结果与试验数据对比,验证了本文方法的可靠性,同时讨论了增加风洞气源压力和增大气源容积对风洞试验时间的影响,最后给出了风洞稳定段总温随时间的变化趋势。

笼套式节流阀气动噪声机理研究

针对气体流经笼套式节流阀所引起的气动噪声问题,采用CFD软件与声学软件联合仿真的方法,研究了笼套式节流阀气动噪声的产生机理和噪声频谱特性。研究结果表明:流经节流阀的气体遭遇小孔缩流断面的节流作用,在小孔出口处速度剧烈增加形成超音速欠膨胀射流,引发剧烈的速度、压力脉动,形成了强烈的湍流噪声和激波噪声,小孔节流结构是阀门流噪声产生的根本原因;阀门内部流噪声的频谱呈现宽频带特性,且气动噪声低频部分能量较大,沿工作介质流动方向高频噪声幅值迅速下降,主要噪声的频带向低频带移动。

双肋式微型气动阀的数值计算与实验

针对现有微型三角阀效率低的问题,提出双肋式气动阀这一新型微阀,通过两级带圆弧过渡的收敛形肋条,在减小正向气流压力损失的同时,引导逆向气流分为3股后再呈“Y”形汇聚,产生强烈的相互撞击而抵消部分动能,从而减小逆向流量以提高效率。通过数值计算对双肋式气动阀的作用原理进行了分析与验证;加工了特征尺寸为1 mm的三角阀、梯形阀与双肋阀实验件,并设计了相应的实验方案,在微流体实验平台上进行了对比实验。结果表明双肋阀能大幅提高效率：对不可压流,双肋阀可将效率从普通阀的2%-3%提升至14%左右;对可压流,双肋阀能将效率从2%提升至约13%。

基于CFD的蝶阀流场仿真和阀板驱动力矩研究

为了实现对蝶阀开度的精确控制,计算流动介质对阀板转轴的力矩非常有必要。本文以空气作为流动介质,利用CFD软件,对某蝶阀随阀板开度连续变化的流场进行了模拟仿真,得出了阀板处于不同开度时的速度场、压力场分布规律,并得到了阀板气动力矩特性曲线。结果表明:气流绕过阀板边缘时发生边界分离,阀板背面产生涡旋;随着阀门开度变大,力矩特性呈现单调递增的规律,在阀板开度为70°左右时,阀板两侧面对阀板轴的合力矩达到最大,之后力矩开始单调递减,开度为90°时,合力矩接近为0。

基于Fluent的阀门开启过程阀芯气动力仿真研究

利用Fluent动网格和UDF技术对适当简化的阀门2D模型进行数值模拟,得到开启过程中作用在阀芯上的轴向气动力变化规律。