蒸汽管路阀门流动与噪声源特性研究

论文摘要

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k-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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 阀门噪声源类型
• 1.3 阀门噪声产生机理
• 1.3.1 机械噪声
• 1.3.2 涡流噪声
• 1.3.3 喷注噪声
• 1.4 蒸汽管路阀门流噪声的研究方法与研究进展
• 1.4.1 蒸汽管路阀门内部流场CFD研究
• 1.4.2 蒸汽管路阀门气动声学研究
• 1.5 论文的主要研究工作
• 第2章 阀门流噪声数值模拟的理论基础
• 2.1 湍流理论概述
• 2.2 湍流流动的控制方程
• 2.3 湍流数值模拟方法
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 Reynolds平均法
• 2.3.3 LES大涡模拟法
• 2.4 FW—H气动声学模型
• 2.5 计算流体力学（CFD）求解过程
• 2.6 本章小结
• 第3章 管道节流元件湍流模型验证性计算
• 3.1 几种常用湍流模型流场计算结果比较
• 3.1.1 计算模型及计算过程
• 3.1.2 计算结果比较及分析
• 3.2 基于Reynolds平均法和大涡模拟法计算脉动压力结果比较
• 3.2.1 计算模型及计算过程
• 3.2.2 计算结果比较及分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 蒸汽管路阀门内部三维流场数值模拟
• 4.1 阀门内部流域的三维实体造型及网格划分
• 4.1.1 阀门结构及尺寸说明
• 4.1.2 阀门内部流域的三维实体造型
• 4.1.3 阀门内部流场的网格划分
• 4.2 湍流模型、初始条件和边界条件设置
• 4.3 阀门内部流场计算与分析
• 4.3.1 阀门内部稳态流场计算及分析
• 4.3.2 阀门内部非稳态流场计算及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 蒸汽管路阀门内部流噪声数值计算与分析
• 5.1 阀门内部流噪声数值计算
• 5.1.1 脉动压力监测点布置
• 5.1.2 不同开度对阀门内部脉动压力的影响
• 5.1.3 不同压降对阀门内部脉动压力的影响
• 5.2 阀门内部流噪声频谱分析
• 5.2.1 阀门内部脉动压力的频谱分析
• 5.2.2 阀门内部脉动压力的自功率谱密度分析
• 5.2.3 阀门内部脉动压力的峰值频率分析
• 5.2.4 阀门内部脉动压力的互功率谱密度分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录A
• 附录B
• 附录C