液壓節(jié)流閥中的空化流動與噪聲.pdf

1、隨著液壓技術朝著高速、高壓和大功率的方向發(fā)展,其固有問題如噪聲問題則愈發(fā)嚴重,社會發(fā)展對環(huán)境舒適度要求的提高促使液壓噪聲問題的研究成為十分重要的課題。液壓節(jié)流閥作為液壓系統(tǒng)控制元件,在液壓技術中扮演著十分重要的角色,其噪聲問題十分嚴重。液壓閥元件噪聲分為機械噪聲和流動噪聲,其中以流動噪聲的影響更為顯著。液壓閥流動噪聲又分為空化噪聲、流體脈動噪聲和一般湍流噪聲,目前對空化噪聲的研究較多,限于液壓閥復雜的流道結構和較高的流動速度,目前的研究

2、還缺乏對空化流動狀態(tài)的清晰認識,研究成果還停留在一些理論性的假設和經(jīng)驗性的實驗結論水平。由于節(jié)流閥中空化現(xiàn)象較為顯著,導致流體脈動噪聲往往被忽略或混淆,相關研究十分少見。
　　 本文結合理論分析、流場仿真及可視化、噪聲振動及頻譜分析等手段,對兩種典型的節(jié)流閥口空化流動及其噪聲進行了較為系統(tǒng)和深入的研究。通過對閥口空化流場的可視化高速拍攝,獲得了閥口空泡流動的動態(tài)圖像,驗證了節(jié)流閥空化噪聲簡化模型的理論假設和推論。通過對空化噪聲振

3、動信號的頻域分析,得到了空化噪聲振動主頻實驗值,并與理論值進行了對比,解釋了實驗值普遍小于理論值的原因在于理論推測中未考慮介質(zhì)粘度的影響,而液壓油液的高粘度將大大延緩空泡潰滅時間,導致潰滅噪聲主頻的降低。在進行空泡流實驗觀測的同時,發(fā)現(xiàn)U型節(jié)流閻口中除空泡流外,還能夠形成大尺度空化結構,文章對大尺度空化結構的形成、不穩(wěn)定動力學行為及其對空化噪聲的影響進行了研究,完善了空化噪聲理論,加深了對液壓節(jié)流閥空化現(xiàn)象的認識,具有一定的創(chuàng)新性。另外

4、,研究發(fā)現(xiàn),V型節(jié)流閥中閥口流向截面具有較好的流動一致性,閥口出流呈現(xiàn)高速射流狀,與下游腔體中液體形成強烈剪切,導致流體自激振蕩現(xiàn)象,誘發(fā)單頻噪聲,此種流動行為往往與空化流動并存,由此可以解釋V型節(jié)流閻具有更高的流動噪聲量級及噪聲具有刺耳嘯叫特征的原因。本文研究成果對液壓節(jié)流閥流動噪聲源的分析與判斷,流動噪聲控制研究具有較大理論價值和工程應用價值。
　　 論文的主要內(nèi)容如下:
　　 第一章,闡述了本課題研究的重要意義與目

5、的;綜述了空化流動和自激振蕩剪切流兩種流動噪聲目前的研究情況;闡述了兩種流動噪聲在液壓節(jié)流閥領域的研究進展;概括了本文的主要內(nèi)容、實驗系統(tǒng)及研究方法。
　　 第二章,從聲學、水下聲輻射基本原理出發(fā),提出單極子噪聲輻射類型與聲源體積隨時間變化具有直接的關系;結合空泡動力學知識分析了單空泡的成長與潰滅過程,給出了空泡潰滅時間的和噪聲主頻的理論解析,進而利用高速拍攝得到的空泡圖像數(shù)據(jù)計算得到空泡潰滅噪聲主頻的理論值,并與實驗值進行了對

6、比,解釋了實驗值普遍小于理論值的原因在于理論推斷中未考慮介質(zhì)粘性的影響;高速拍攝得到的閥口空泡流動現(xiàn)象及其隨壓力參數(shù)的變化規(guī)律驗證了冀宏博士提出的節(jié)流閥空化噪聲簡化模型的理論假設和推論。
　　 第三章,在進行節(jié)流閥空泡流高速觀測的同時,發(fā)現(xiàn)U型節(jié)流閥中除空泡流外,還具有固定的大尺度空化結構,隨液體流動而呈現(xiàn)出周期性的不穩(wěn)定行為。本章對大尺度空化結構的形成作了仿真研究,并進行了實驗對比,發(fā)現(xiàn)空化結構因閻口壁面導向螺旋流動而形成;利

7、用空化數(shù)和初生空化數(shù),對空化結構長度的度量進行了無量綱化和歸一化處理;對大尺度空化結構的不穩(wěn)定行為進行了物理解釋和數(shù)學解析,得到了其運動頻率的一般表達式,同時研究了其不穩(wěn)定行為對空泡流空化噪聲頻譜的影響。
　　 第四章,通過對V型節(jié)流閥中噪聲振動頻譜及其流動情況的分析與比較,解釋了V型節(jié)流閥較高能級嘯叫噪聲來源于空化現(xiàn)象和同時存在流體自激振蕩現(xiàn)象。結合V型節(jié)流閥結構特征,進行了大量的實驗研究,實驗結論基本符合目前對流體自激流動現(xiàn)