閥門作為一種通用的機(jī)械產(chǎn)品,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)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(diǎn)。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(duì)環(huán)境造成的危害較多,能量損失嚴(yán)重。人們對(duì)閥門外漏已相當(dāng)重視,檢測(cè)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(duì)閥門的安全運(yùn)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(cè)尚缺少有效的手段,多依靠人的感觀和經(jīng)驗(yàn),判斷起來缺乏科學(xué)的依據(jù),因此迫切需要一種實(shí)用高效的閥門內(nèi)漏檢測(cè)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(cè)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(jī)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(qiáng)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(chǎng)和噴流聲場(chǎng)的特性,得到閥門入口壓力和閥門內(nèi)漏間隙等參量對(duì)內(nèi)漏噴流流場(chǎng)和噴流聲場(chǎng)的影響。建立閥門氣體內(nèi)漏聲學(xué)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),完成針閥、閘閥和球閥三種閥門的聲學(xué)檢測(cè)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得到閥門內(nèi)漏率的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式,實(shí)現(xiàn)閥門氣體內(nèi)漏的聲學(xué)量化檢測(cè)。本文的研究工作,為閥門氣體內(nèi)漏聲學(xué)量化檢測(cè)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(jià)值。 論文的主要研究?jī)?nèi)容包括: 1.閥門氣體內(nèi)漏過程動(dòng)態(tài)流體聲源的發(fā)聲機(jī)理和聲學(xué)特性研究。應(yīng)用氣動(dòng)聲學(xué)、氣體射流和渦運(yùn)動(dòng)等理論,對(duì)氣體內(nèi)漏過程動(dòng)態(tài)流體源的發(fā)聲機(jī)理和聲源特性進(jìn)行理論分析,根據(jù)閥門氣體內(nèi)漏的實(shí)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(qiáng)度的流動(dòng)參量描述方程。分析閥門內(nèi)漏氣體噴流流場(chǎng)和噴流聲場(chǎng)的相互作用,應(yīng)用氣體噴流過程的流動(dòng)方程和氣動(dòng)力聲方程,建立了閥門氣體內(nèi)漏噴流速度與噴流噪聲強(qiáng)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(chǎng)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(duì)針閥、閘閥和球閥三種閥門氣體內(nèi)漏噴流流場(chǎng)進(jìn)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(chǎng)的分布規(guī)律; 4.根據(jù)軸對(duì)稱氣體噴流流場(chǎng)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(duì)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(chǎng)數(shù)值模擬方法。根據(jù)萊特希爾氣動(dòng)力聲方程和噴流流動(dòng)方程,建立考慮噴流速度影響的閥門氣體內(nèi)漏噴流聲場(chǎng)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(duì)閥門氣體內(nèi)漏噴流聲場(chǎng)控制方程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。計(jì)算邊界綜合采用無反射吸收邊界和全反射壁面邊界,同時(shí)對(duì)區(qū)域角點(diǎn)采用相應(yīng)的處理方法,保證計(jì)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(dòng)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(chǎng)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(chǎng)數(shù)值模擬方法,利用MATLAB數(shù)值計(jì)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(chǎng)的數(shù)值模擬結(jié)果; 7.閥門氣體內(nèi)漏聲學(xué)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究。建立閥門氣體內(nèi)漏聲學(xué)檢測(cè)模擬實(shí)驗(yàn)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(cè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)閥門的最佳檢測(cè)位置,得到了閥門內(nèi)漏間隙和上、下游壓力變化對(duì)閥門內(nèi)漏噴流噪聲強(qiáng)度和內(nèi)漏率的影響規(guī)律。驗(yàn)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(qiáng)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(chǎng)的理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果,建立閥門氣體內(nèi)漏率與內(nèi)漏噪聲強(qiáng)度間的計(jì)算公式,實(shí)現(xiàn)閥門氣體內(nèi)漏聲學(xué)量化檢測(cè)。
【學(xué)位單位】：大慶石油學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2007
【中圖分類】：TH134
【部分圖文】：

形邊界進(jìn)行積分，流體的凈流率為 0，因?yàn)榱魅氲牧髁康扔诹鞒龅牧髁俊５橇鲃?dòng)與流出流動(dòng)方向一致，它們的動(dòng)量是相加的，所以該系統(tǒng)就存在一個(gè)凈據(jù)牛頓定律，一定可以找到一個(gè)與偶極有關(guān)的力。偶極子聲源的第二種描述是為是一個(gè)由振蕩作用力驅(qū)動(dòng)的球。兩種描述下，在測(cè)量邊界上的流體運(yùn)動(dòng)是等意到沿著動(dòng)量變化或作用力的軸向存在著徑向流動(dòng)，可以推斷那里的可壓縮運(yùn)波運(yùn)動(dòng)最大，而在與該軸相差 90°的方向上，沒有徑向運(yùn)動(dòng)存在。于是，該一個(gè)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(chǎng)的每一個(gè)聲 180°，正象在聲源處流體的流出流動(dòng)和流入流動(dòng)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(shí)，由于受內(nèi)部復(fù)雜固體流道邊界的影響，將伴隨有強(qiáng)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(shí)，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(duì)這三種聲源的特性進(jìn)行分析，并結(jié)合閥門氣體內(nèi)漏噴流過程，分析實(shí)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(shí)，由于受內(nèi)部復(fù)雜固體流道邊界的影響，將伴隨有強(qiáng)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(shí)，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(duì)這三種聲源的特性進(jìn)行分析，并結(jié)合閥門氣體內(nèi)漏噴流過程，分析實(shí)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(hào)：2858930