高參數(shù)減壓閥作為熱電聯(lián)產(chǎn)及供熱供汽等重大節(jié)能工程的關(guān)鍵配套部件,被稱為是工業(yè)系統(tǒng)的“咽喉”。隨著國(guó)家重大工程的建設(shè)與發(fā)展,高溫、高壓差和高流速等復(fù)雜工況不斷涌現(xiàn),高參數(shù)減壓閥內(nèi)流狀態(tài)將變得十分復(fù)雜,渦旋擬序結(jié)構(gòu)在節(jié)流元件附近位置聚集,導(dǎo)致附近流域的流動(dòng)不穩(wěn)定,進(jìn)而誘發(fā)氣動(dòng)噪聲,危害操作人員健康及設(shè)備正常運(yùn)行。傳統(tǒng)國(guó)產(chǎn)高參數(shù)減壓閥已難以滿足復(fù)雜工況要求,只能依賴進(jìn)口,受制于國(guó)外。一旦出現(xiàn)像中興“斷芯”事件,我國(guó)能源系統(tǒng)重大工程將面臨全面癱瘓的危險(xiǎn),對(duì)國(guó)家安全、社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成重大威脅。因此,開展高參數(shù)減壓閥的自主研發(fā)、內(nèi)流及氣動(dòng)噪聲分析已迫在眉睫。本文在浙江省重大科技專項(xiàng)“極端工況下高效節(jié)能減溫減壓技術(shù)及裝置的研制與應(yīng)用”(2012C11018-1)、浙江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“復(fù)雜工況減溫減壓系統(tǒng)噪音發(fā)生機(jī)理和降噪技術(shù)研究”(LZ17E050002)及浙江省重點(diǎn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)“流程工業(yè)高效節(jié)能與綠色裝備”(2011R50005)的支持下,提出一種高參數(shù)多級(jí)減壓閥,并通過理論研究、數(shù)值模擬與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,對(duì)其可壓縮湍流特征及氣動(dòng)噪聲進(jìn)行分析。主要研究?jī)?nèi)容和成果有:首先,開展適用于復(fù)雜工況的高參數(shù)多級(jí)減壓閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并分析其多級(jí)減壓節(jié)流原理;對(duì)所設(shè)計(jì)高參數(shù)多級(jí)減壓閥內(nèi)可壓縮湍流進(jìn)行數(shù)值模擬,分析其可壓縮流場(chǎng)特征;進(jìn)行可壓縮流動(dòng)試驗(yàn),分析其流量特性,進(jìn)而驗(yàn)證數(shù)值方法準(zhǔn)確性;進(jìn)行可壓縮流動(dòng)參數(shù)化研究,考察不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)可壓縮湍流流場(chǎng)的影響。結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可較好控制蒸汽的絕熱壓縮過程,實(shí)現(xiàn)多級(jí)減壓;蒸汽壓力、速度、溫度和能耗均在多級(jí)套筒、多孔閥芯和多孔板等節(jié)流元件處發(fā)生突變;高參數(shù)多級(jí)減壓閥的流量特性為直線流量特性,試驗(yàn)證明所采用可壓縮湍流數(shù)值模擬方法精確性較高;結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)亞聲速覆蓋區(qū)域、噪聲控制性能、湍流耗散性能及?損失分布均有較大影響。其次,采用聲源獨(dú)立法分別分析高參數(shù)多級(jí)減壓閥的四極子源和偶極子源氣動(dòng)噪聲特性;比較分析兩種聲源貢獻(xiàn)量,判定主導(dǎo)聲源;開展開度對(duì)氣動(dòng)噪聲特性的影響研究。結(jié)果表明:隨著頻率逐漸增加,四極子源各場(chǎng)點(diǎn)網(wǎng)格最大聲壓、各監(jiān)測(cè)點(diǎn)聲壓、聲強(qiáng)、聲功率級(jí)及噪聲分布范圍均先減小后增大,而偶極子源各聲學(xué)參量則逐漸減小;高參數(shù)多級(jí)減壓閥氣動(dòng)噪聲呈現(xiàn)出以中頻和高頻為主導(dǎo)的連續(xù)寬頻特性;同一頻率點(diǎn)下,四極子源的最大聲壓大于偶極子源,四極子源為高參數(shù)多級(jí)減壓閥氣動(dòng)噪聲主導(dǎo)聲源;隨著高參數(shù)多級(jí)減壓閥開度的逐漸增加,四極子源和偶極子源的最大聲壓、監(jiān)測(cè)點(diǎn)聲壓、最大聲強(qiáng)、噪聲分布區(qū)域均逐漸增加,但偶極子源所致聲壓的增長(zhǎng)幅度要高于四極子源。再之,利用大渦數(shù)值模擬研究高參數(shù)多級(jí)減壓閥的瞬時(shí)湍動(dòng)特征;可視化高參數(shù)多級(jí)減壓閥內(nèi)渦量分布情況;利用擬序結(jié)構(gòu)識(shí)別法Q準(zhǔn)則,有效捕捉高參數(shù)多級(jí)減壓閥流場(chǎng)內(nèi)部渦團(tuán)結(jié)構(gòu)及其演變規(guī)律;分析渦旋運(yùn)動(dòng)與聲壓關(guān)系,探究渦旋發(fā)聲機(jī)理。結(jié)果表明:隨著時(shí)間推進(jìn),多級(jí)套筒、多孔閥芯和多孔板處的減壓梯度及速度梯度均逐漸增大,對(duì)稱面最大亞格子湍流耗散率逐漸增大;初始時(shí)刻,渦旋呈現(xiàn)徑向周期性擺動(dòng),隨著時(shí)間遞進(jìn),表現(xiàn)出強(qiáng)烈三維特性;隨著流動(dòng)發(fā)展,軸向、周向和徑向的蒸汽渦旋相互碰撞并耗散;高參數(shù)多級(jí)減壓閥內(nèi)的擬序結(jié)構(gòu)主要聚集在多級(jí)套筒、多孔閥芯和多孔節(jié)流孔板等節(jié)流元件附近位置,導(dǎo)致附近流域的流動(dòng)不穩(wěn)定;隨著時(shí)間推進(jìn),擬序結(jié)構(gòu)由節(jié)流元件處逐漸向整個(gè)流動(dòng)領(lǐng)域擴(kuò)展,且內(nèi)流渦環(huán)沿軸向增長(zhǎng);節(jié)流元件處可見明顯渦辮區(qū),其中渦環(huán)由肋狀渦連接;高參數(shù)多級(jí)減壓閥內(nèi)氣動(dòng)噪聲的最大聲壓與最大瞬時(shí)總渦量呈現(xiàn)線性相關(guān)特性。最后,采用聲源控制的主動(dòng)降噪技術(shù),改變多孔節(jié)流孔板結(jié)構(gòu)參數(shù)從而優(yōu)化渦旋分布完成降噪;建立不同多孔節(jié)流孔板級(jí)數(shù)、厚度、孔徑和圓弧倒角的數(shù)值模型;分析結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)高參數(shù)多級(jí)減壓閥氣動(dòng)噪聲特性的影響;建立多孔節(jié)流孔板結(jié)構(gòu)參數(shù)與最大聲壓的數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明:隨著多孔節(jié)流孔板級(jí)數(shù)和圓弧倒角的增加,最大聲壓、最大聲強(qiáng)、氣動(dòng)噪聲影響區(qū)域及噪聲輻射范圍均逐漸變小;而多孔節(jié)流孔板厚度和孔徑的增加,則導(dǎo)致噪聲輻射更為劇烈;在現(xiàn)有高參數(shù)多級(jí)減壓閥多孔節(jié)流孔板結(jié)構(gòu)參數(shù)下,對(duì)于所建立最大聲壓與頻率點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型,數(shù)據(jù)點(diǎn)基本都落在擬合曲線誤差±10%區(qū)間內(nèi);高參數(shù)多級(jí)減壓閥多孔節(jié)流孔板結(jié)構(gòu)參數(shù)與最大聲壓的數(shù)學(xué)關(guān)系式可為工程實(shí)際氣動(dòng)噪聲研究提供理論參考。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TH134
【部分圖文】：

熱電聯(lián)產(chǎn)、供熱供汽及超臨界火電等國(guó)家重大工程的建設(shè)。高程的關(guān)鍵配套部件，是調(diào)節(jié)流體介質(zhì)流量與壓力等工藝參數(shù)，運(yùn)行的關(guān)鍵控制元件[1]，被稱為是工業(yè)系統(tǒng)的“咽喉”。隨著展，高溫、高壓差和高流速等復(fù)雜工況不斷涌現(xiàn)，高參數(shù)減壓雜，渦旋擬序結(jié)構(gòu)在節(jié)流元件附近位置聚集，導(dǎo)致附近流域的流噪聲，危害操作人員健康及設(shè)備正常運(yùn)行。圖 1.1 所示為高溫。傳統(tǒng)國(guó)產(chǎn)高參數(shù)減壓閥已難以滿足復(fù)雜工況要求，只能依賴重大重點(diǎn)工程中，高參數(shù)減壓閥幾乎被國(guó)外產(chǎn)品壟斷，如美國(guó)neilan 公司、德國(guó) SCHUF、ARCA 公司、瑞典 BTG 公司等，格封鎖的策略。一旦出現(xiàn)像中興“斷芯”事件，我國(guó)能源系統(tǒng)的危險(xiǎn)，對(duì)國(guó)家安全、社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成重大威脅。因自主研發(fā)、內(nèi)流及氣動(dòng)噪聲分析已迫在眉睫。

針對(duì)復(fù)雜工況，開展高參數(shù)多級(jí)減壓閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析其可壓縮湍流特征性、渦旋發(fā)聲機(jī)理和主動(dòng)降噪技術(shù)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)減溫減壓技術(shù)與裝置的科國(guó)外技術(shù)封鎖和產(chǎn)品壟斷有著重要的科學(xué)意義和工程價(jià)值。閥可壓縮湍流研究進(jìn)展工況下，高參數(shù)減壓閥內(nèi)流狀態(tài)十分復(fù)雜，特別是在節(jié)流元件處，流動(dòng)狀湍流變化更為劇烈。且流動(dòng)研究是后續(xù)氣動(dòng)噪聲研究的基礎(chǔ)，因此，綜述閥可壓縮湍流領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。閥結(jié)構(gòu)形式及分類減壓裝置[4]是熱力系統(tǒng)中熱能參數(shù)轉(zhuǎn)變和余熱利用的關(guān)鍵設(shè)備。減溫減壓壓系統(tǒng)、減溫系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和熱力調(diào)節(jié)儀表組成，如圖 1 所示。減壓閥置中的核心控制元件，其功能是對(duì)熱力系統(tǒng)中產(chǎn)生的高溫高壓過熱蒸汽進(jìn)工作原理為利用內(nèi)部流道截面積的改變以控制熱力過程，從而降低流體壓

緒論，分類方法眾多。工程中應(yīng)用較多的是按結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)和閥芯結(jié)構(gòu)兩種。按閥體結(jié)構(gòu)形式可將減壓閥圖 1.3 所示。圖 1.3（a）所示為直通式減壓閥，其閥動(dòng)方向不變。圖 1.3（b）所示為角式減壓閥，介質(zhì)90o。兩種減壓閥均可帶有多級(jí)減壓附加固定節(jié)流裝置

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