發(fā)布時間：2020-10-27 19:13

　　 閥門作為一種通用的機械產(chǎn)品,在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,它的安全性一直是人們關(guān)注的焦點。閥門泄漏是閥門破壞的主要類型,泄漏分為外漏和內(nèi)漏,閥門外漏引發(fā)的事故較多,不僅影響安全生產(chǎn),而且對環(huán)境造成的危害較多,能量損失嚴(yán)重。人們對閥門外漏已相當(dāng)重視,檢測技術(shù)和手段也比較成熟。在用閥門的內(nèi)漏一般較難發(fā)現(xiàn),但卻對閥門的安全運行產(chǎn)生重大影響,易造成突發(fā)的惡性事故,如工作介質(zhì)被污染,某些火災(zāi)爆炸、中毒事故都是由閥門內(nèi)漏造成的。閥門內(nèi)泄漏的檢測尚缺少有效的手段,多依靠人的感觀和經(jīng)驗,判斷起來缺乏科學(xué)的依據(jù),因此迫切需要一種實用高效的閥門內(nèi)漏檢測技術(shù)。 閥門氣體內(nèi)漏是一噴流過程,伴隨著噴射噪聲的產(chǎn)生,利用聲學(xué)方法可檢測到這種噪聲。本文以閥門氣體內(nèi)漏這一工程問題為背景,開展閥門氣體內(nèi)漏發(fā)聲機理和內(nèi)漏聲源聲學(xué)特性研究。從理論上證明了閥門氣體內(nèi)漏存在著噴流噪聲,得到四極子聲源強度與噴流速度的關(guān)系式。采用數(shù)值模擬方法深入研究了針閥、閘閥和球閥三種類型閥門氣體內(nèi)漏噴流流場和噴流聲場的特性,得到閥門入口壓力和閥門內(nèi)漏間隙等參量對內(nèi)漏噴流流場和噴流聲場的影響。建立閥門氣體內(nèi)漏聲學(xué)檢測實驗系統(tǒng),完成針閥、閘閥和球閥三種閥門的聲學(xué)檢測實驗,驗證了數(shù)值模擬結(jié)果。根據(jù)實驗數(shù)據(jù),得到閥門內(nèi)漏率的經(jīng)驗計算公式,實現(xiàn)閥門氣體內(nèi)漏的聲學(xué)量化檢測。本文的研究工作,為閥門氣體內(nèi)漏聲學(xué)量化檢測技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ),具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。 論文的主要研究內(nèi)容包括: 1.閥門氣體內(nèi)漏過程動態(tài)流體聲源的發(fā)聲機理和聲學(xué)特性研究。應(yīng)用氣動聲學(xué)、氣體射流和渦運動等理論,對氣體內(nèi)漏過程動態(tài)流體源的發(fā)聲機理和聲源特性進行理論分析,根據(jù)閥門氣體內(nèi)漏的實際情況,確定可用四極子聲源近似表示閥門氣體內(nèi)漏噴流噪聲源; 2.建立閥門氣體內(nèi)漏噴流噪聲聲源強度的流動參量描述方程。分析閥門內(nèi)漏氣體噴流流場和噴流聲場的相互作用,應(yīng)用氣體噴流過程的流動方程和氣動力聲方程,建立了閥門氣體內(nèi)漏噴流速度與噴流噪聲強度的關(guān)系式; 3.完成針閥、閘閥和球閥三種類型閥門在不同內(nèi)漏狀態(tài)下的氣體噴流流場數(shù)值模擬與分析。利用CFD模擬軟件,綜合采用RNG k-ε模型和在近壁面區(qū)低Re數(shù)k-ε模型,對針閥、閘閥和球閥三種閥門氣體內(nèi)漏噴流流場進行數(shù)值模擬,得到不同內(nèi)漏間隙和不同上游壓力下三種閥門內(nèi)漏噴流流場的分布規(guī)律; 4.根據(jù)軸對稱氣體噴流流場數(shù)值模擬結(jié)果的分析,得到噴流速度的分布規(guī)律。采用數(shù)值擬合的方法,建立了軸對稱氣體噴流速度分布函數(shù)。采用類似的方法,得到不同狀態(tài)下三種閥門內(nèi)漏噴流速度分布模擬函數(shù); 5.建立閥門氣體內(nèi)漏噴流聲場數(shù)值模擬方法。根據(jù)萊特希爾氣動力聲方程和噴流流動方程,建立考慮噴流速度影響的閥門氣體內(nèi)漏噴流聲場控制方程。采用二階精度加權(quán)平均隱格式有限差分方法,對閥門氣體內(nèi)漏噴流聲場控制方程進行數(shù)值計算。計算邊界綜合采用無反射吸收邊界和全反射壁面邊界,同時對區(qū)域角點采用相應(yīng)的處理方法,保證計算域的封閉。初始聲源采用高斯型四極子聲源作為壓力脈動源; 6.完成針閥、閘閥和球閥三種類型閥門在不同內(nèi)漏狀態(tài)下氣體噴流聲場的數(shù)值模擬與分析。根據(jù)建立的閥門氣體內(nèi)漏噴流聲場數(shù)值模擬方法,利用MATLAB數(shù)值計算軟件編制數(shù)值模擬程序,得到不同內(nèi)漏狀態(tài)下三種閥門氣體噴流聲場的數(shù)值模擬結(jié)果; 7.閥門氣體內(nèi)漏聲學(xué)檢測實驗研究。建立閥門氣體內(nèi)漏聲學(xué)檢測模擬實驗裝置,完成針閥、閘閥和球閥三種類型閥門氣體內(nèi)漏的聲學(xué)檢測實驗。實驗證明了閥門氣體內(nèi)漏過程中存在著噴流噪聲,確定了三種實驗閥門的最佳檢測位置,得到了閥門內(nèi)漏間隙和上、下游壓力變化對閥門內(nèi)漏噴流噪聲強度和內(nèi)漏率的影響規(guī)律。驗證了氣體介質(zhì)在內(nèi)漏過程中存在阻塞現(xiàn)象,得到阻塞狀態(tài)下三種閥門氣體內(nèi)漏噴流噪聲強度與內(nèi)漏率間的關(guān)系; 8.根據(jù)閥門氣體內(nèi)漏噴流聲場的理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究結(jié)果,建立閥門氣體內(nèi)漏率與內(nèi)漏噪聲強度間的計算公式,實現(xiàn)閥門氣體內(nèi)漏聲學(xué)量化檢測。
【學(xué)位單位】：大慶石油學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2007
【中圖分類】：TH134
【部分圖文】：

形邊界進行積分，流體的凈流率為 0，因為流入的流量等于流出的流量。但是流動與流出流動方向一致，它們的動量是相加的，所以該系統(tǒng)就存在一個凈據(jù)牛頓定律，一定可以找到一個與偶極有關(guān)的力。偶極子聲源的第二種描述是為是一個由振蕩作用力驅(qū)動的球。兩種描述下，在測量邊界上的流體運動是等意到沿著動量變化或作用力的軸向存在著徑向流動，可以推斷那里的可壓縮運波運動最大，而在與該軸相差 90°的方向上，沒有徑向運動存在。于是，該一個最大值的占據(jù)方向，而與軸垂直的方向上應(yīng)該為零值。該聲場的每一個聲 180°，正象在聲源處流體的流出流動和流入流動的相位差那樣。偶極子聲源圖 1-2 所示[69]。

1.3 閥門氣體內(nèi)漏過程聲源特性分析閥門氣體內(nèi)漏過程產(chǎn)生的主要聲源是由高速噴流產(chǎn)生的噴流噪聲。同時，由于受內(nèi)部復(fù)雜固體流道邊界的影響，將伴隨有強渦流噪聲。此外，由于內(nèi)漏流道截面的變化，當(dāng)截流口的上下游壓力之比大于臨界值（n≥1.893）時，出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，產(chǎn)生阻塞噴注噪聲。這些噪聲源共同作用，相互影響，使得閥門氣體內(nèi)漏聲源特性分析十分困難。下面對這三種聲源的特性進行分析，并結(jié)合閥門氣體內(nèi)漏噴流過程，分析實際內(nèi)漏過程的聲源形式。（c）四極子聲源 （c）四極子聲源(c) Quadrupole sound source (c) Quadrupole sound source圖 1-4 三種基本聲源解析解的表面圖 圖 1-5 三種基本聲源等壓線圖Fig.1-4 The surface plot of three kinds of Fig. 1-5 The isobar plot of threebasic sound source analytic answer kinds of basic sound source

1.3 閥門氣體內(nèi)漏過程聲源特性分析閥門氣體內(nèi)漏過程產(chǎn)生的主要聲源是由高速噴流產(chǎn)生的噴流噪聲。同時，由于受內(nèi)部復(fù)雜固體流道邊界的影響，將伴隨有強渦流噪聲。此外，由于內(nèi)漏流道截面的變化，當(dāng)截流口的上下游壓力之比大于臨界值（n≥1.893）時，出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，產(chǎn)生阻塞噴注噪聲。這些噪聲源共同作用，相互影響，使得閥門氣體內(nèi)漏聲源特性分析十分困難。下面對這三種聲源的特性進行分析，并結(jié)合閥門氣體內(nèi)漏噴流過程，分析實際內(nèi)漏過程的聲源形式。（c）四極子聲源 （c）四極子聲源(c) Quadrupole sound source (c) Quadrupole sound source圖 1-4 三種基本聲源解析解的表面圖 圖 1-5 三種基本聲源等壓線圖Fig.1-4 The surface plot of three kinds of Fig. 1-5 The isobar plot of threebasic sound source analytic answer kinds of basic sound source
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本文編號：2858930