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1、2005年第1期阀门—7—文章编号:100225855(2005)0120007204阀门流场的数值模拟及流噪声的实验研究吴石,张文平(哈尔滨工程大学动力及核能工程学院,黑龙江哈尔滨150001)摘要采用非结构、非交错网格的有限体积法求解用二方程模型封闭的雷诺平均N2S方程组,对水管路系统中3种常见阀门的三维分离流动进行数值模拟。模拟结果表明,随着蝶阀、闸阀和球阀开度的减小,流体在蝶阀背面、球阀阀门内外分别形成两个方向相反的漩涡,闸阀的漩涡出现在挡板与管道的壁角处,并且漩涡在阀门下游逐渐消失。同时实验表明,阀门下游的流噪声大于阀门上游的流噪声,涡声是阀门
2、噪声的主要来源。关键词阀门;流场;数值计算;流噪声;涡声中图分类号:TB52文献标识码:AInvestigatednumericallyonflow2fieldofvalvesandexperimentalstudyofvalve2noiseWUShi,ZHANGWen2ping(CollegeofPowerandNuclearEng.,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,China)Abstract:The32Dseparateflowofthreekindsofvalvesinthewaterpiping
3、isinvestigatednumerical2ly.ThenumericalmethodistosolvetheRANSequationsusingaFiniteVolumeMethodbasedonanunstructuredandcollocatedgrid.Turbulenceistakenintoaccountbythestandardmodel.Thesimu2lationresultsshowthat,thefluidseparatelyformtwovorticesinreversedirectionatthebackofbut2terf
4、lyvalveandwithin2and2outofballvalve.Thevortexatthegatevalveemergesinthewallangleofboardandpipingwiththeopeningangledecreasingofthebutterflyvalve,gatevalveandballvalve.Atonetimevortexgraduallyreduceatdownstreamofthevalve.Intheexperiment,theflownoiseatvalvedownstreamisbiggerthantha
5、tatthevalveupstream,thevalvenoiseproducedbyvortexmo2tion.Keywords:valve;flowfield;numericalsimulation;flownoise;vortexsound〔2〕1概述涡是阀门产生流噪声的主要原因。无论是在流体机械中,还是在流体传动与控制2数学模型系统中,都会用到各种各样的阀门,这些阀门装置流体在管道内的流动实际是湍流流动,由于湍的主要作用是对流体的流量、压力和流动方向进行流过程的复杂性和工程计算的多层次决定了湍流模调节和控制,以满足工作系统的要求。因此,从安型的多
6、样性,不同的湍流模型有不同的适应范围。全、减振及降噪的角度出发对各种阀门附近的流场为确定N2S方程中的涡旋粘性系数μ,目前有许〔3〕进行计算,进而对其性能进行分析是十分必要的。多的湍流模型可以选择。本文采用k2ε二方程然而,由于阀门结构、边界条件及支配方程的复杂湍流模型对阀门内部的流动进行数值模拟。性,对其进行解析研究是比较困难的。一般采用有对于非定常不可压粘性体的流动,因为是不可限差分法、有限体积法、边界元法和有限元法等几压流,所以连续方程为种不同的数值离散方法〔1〕进行分析。本文针对海¨·U=0(1)水管路系统中的阀门对整个管系的流动影响,采用在流体
7、的粘性系数μ=const的情况下,动量方计算流体力学中常用的非结构、非交错网格的有限程为体积法,模拟蝶阀、球阀和闸阀3种阀门附近的三5U+¨·(UªU)=-1¨p+(υ+υt)¨2U5tρ维分离流动。并通过实验研究证明,阀门附近的漩作者简介:吴石(1971-),男,辽宁昌图人,讲师,在读博士研究生,从事船舶振动与噪声控制的研究。—8—阀门2005年第1期(2)湍流涡运动粘性系数计算公式μt2υt==Cμk/ε(3)ρ湍流动能k的输运方程5kvt2Gk+¨·(Uk)=¨k+-ε(4)5tσkρ湍流耗散率ε的输运方程5εvt2εGε+¨·(Uε)=¨ε+Cε
8、1-Cε2ε5tσεkρ(a)(5)湍流动能和耗散率生成项Gk和Gε的计算公式T
