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基于结构改造的最小流量循环阀噪声控制研究

张田  
【摘要】:本文以热力发电机组的最小流量阀为研究对象,它一般安装于火电或者核电机组给水泵的末端。最小流量循环阀阀工作环境恶劣,且流道狭窄,是管路系统中主要的噪声来源之一。因此,研究最小流量阀内部流场及噪声控制技术,有着非常重要的意义。本文主要采用计算流体力学方法,研究某火电机组给水泵的最小流量循环阀,分析其内部流场和噪声特性,并根据流场变化规律和噪声源位置,提出三种阀门结构改造方案,分析控制阀门噪声的可行性。首先基于大涡模拟与FW-H方程相结合的声比拟方法,分析阀门远声场噪声特性。运用RANS雷诺时均方法对阀门流场进行稳态计算,得到流场特征,然后,运用LES大涡模拟,计算阀门内部瞬态流场变化,并结合FLUENT声学模块对噪声场进行计算,得到阀门各工况的噪声值。研究结果表明:涡流噪声是该最小流量阀主要的噪声类型。且达到阀门内部最高速度和最大涡流强度的盘片槽道和盘片出口区域是主要噪声源。此外,阀门流场噪声是一种宽频噪声,且噪声低频部分能量较大,高频部分能量较小。相同流量时,噪声随着阀门前后压差的增大而升高。对于相同进出口压差,噪声随流量的增大而降低。本文针对原型阀门的噪声特性,设计了三种不同形式的改造方案,试图通过对湍流的控制达到控制阀门噪声的目的。方案一是针对阀门盘片进行倒角处理,经过改造后的计算结果表明:对拐角切圆角的降噪效果最优,沿盘片环向棱边上下切直角几乎达不到降噪效果。盘片的通流裕度对噪声的影响也是非常显著的。方案二是针对阀门出口段进行鼓形结构改造。结果表明:改造后的阀门出口管段能够消耗更多的湍流脉动动能。出口结构变复杂之后,加剧了阀门内部涡运动。然而,改造后的涡量衰减率大于改造前。即改造后的出口管段消耗了更多的能量,从而抑制声音的传播,起到降噪的效果。方案三是在阀门出口段加入小孔节流板。结果表明;孔板基本达到了分散来流的目的,且孔板下游的涡量强度随着孔径的增大而增强。孔板承担的压降越多,阀门远声场的噪声值越高。综合比较三种改造方案,发现通过控制噪声传播途径来降低噪声的方法更为行之有效。


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