针对液压阀内漩涡流场及其诱发振动噪声的非定常流动激励力特性,采用计算流体力学方法对内部漩涡流动进行了数值计算,分析了阀内涡系结构的成因及流动特性,对比了不同漩涡识别方法捕捉阀内涡系结构的特性。结果表明:液压阀的流量特性为快开型,阀内不同节流段的压力损失特性不同。液压阀内出现分离涡、对冲涡、死区涡和迪恩涡四种典型的漩涡结构,漩涡的成因各异。在不同工况下,迪恩涡区域的压力脉动均较强,且受流量和漩涡的叠加影响,压力脉动幅值与阀门开度不是线性相关,在50%阀门开度时,压力脉动幅值最大。对比4种不同涡识别方法发现,Ω-Liutex方法有助于识别液压阀内漩涡结构。

调节阀在舰船管路系统中运行时受蒸汽流动激励产生噪声,降低阀内流动压力脉动是调节阀降噪设计的关键。针对调节阀内气动噪声问题,以窗型阀门套筒为基础,本文设计了四种不同孔型的阀套结构,进行了低噪声的优化设计。利用数值方法计算了调节阀内湍流场及其产生的噪声,研究阀套孔型对阀内流动及其噪声的影响规律。结果表明,小孔孔群阀套显著降低了阀门喉部及扩压段蒸汽气流流速,减小了在阀门壁面上的流动分离和压力脉动幅值,改变了气流振荡力引发的噪声。阀套采用S型总声压级比窗型孔降低9 dB,但流通能力减弱近18.4%,K型孔降噪效果最好,总声压级可比S型降低4 dB,流通能力则进一步减弱17.2%,压损提高2%。

本文利用Fluent软件数值仿真研究了不同工况(进口预旋、转速和压比)下,偏心率分别为5%和10%、转子涡动速度为10%~240%倍转速的涡动转子–密封流场,获得了作用在涡动转子上的径向气流力和切向气流力,进而分析该气流力对转子振动的影响。研究结果表明进口预旋速度对密封径向气流力影响不大,而对密封切向气流力影响很大。高转速下密封切向气流力在转子高频涡动下会变为正值,促进转子涡动,可能引起转子失稳。压比越高,密封气流力越大。密封径向气流力随着转子偏心率的增大而增大,但增大速率逐渐减缓。