液壓節(jié)流閥中的空化流動(dòng)與噪聲.pdf

1、隨著液壓技術(shù)朝著高速、高壓和大功率的方向發(fā)展,其固有問(wèn)題如噪聲問(wèn)題則愈發(fā)嚴(yán)重,社會(huì)發(fā)展對(duì)環(huán)境舒適度要求的提高促使液壓噪聲問(wèn)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(shù)中扮演著十分重要的角色,其噪聲問(wèn)題十分嚴(yán)重。液壓閥元件噪聲分為機(jī)械噪聲和流動(dòng)噪聲,其中以流動(dòng)噪聲的影響更為顯著。液壓閥流動(dòng)噪聲又分為空化噪聲、流體脈動(dòng)噪聲和一般湍流噪聲,目前對(duì)空化噪聲的研究較多,限于液壓閥復(fù)雜的流道結(jié)構(gòu)和較高的流動(dòng)速度,目前的研究

2、還缺乏對(duì)空化流動(dòng)狀態(tài)的清晰認(rèn)識(shí),研究成果還停留在一些理論性的假設(shè)和經(jīng)驗(yàn)性的實(shí)驗(yàn)結(jié)論水平。由于節(jié)流閥中空化現(xiàn)象較為顯著,導(dǎo)致流體脈動(dòng)噪聲往往被忽略或混淆,相關(guān)研究十分少見(jiàn)。
　　 本文結(jié)合理論分析、流場(chǎng)仿真及可視化、噪聲振動(dòng)及頻譜分析等手段,對(duì)兩種典型的節(jié)流閥口空化流動(dòng)及其噪聲進(jìn)行了較為系統(tǒng)和深入的研究。通過(guò)對(duì)閥口空化流場(chǎng)的可視化高速拍攝,獲得了閥口空泡流動(dòng)的動(dòng)態(tài)圖像,驗(yàn)證了節(jié)流閥空化噪聲簡(jiǎn)化模型的理論假設(shè)和推論。通過(guò)對(duì)空化噪聲振

3、動(dòng)信號(hào)的頻域分析,得到了空化噪聲振動(dòng)主頻實(shí)驗(yàn)值,并與理論值進(jìn)行了對(duì)比,解釋了實(shí)驗(yàn)值普遍小于理論值的原因在于理論推測(cè)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(shí)間,導(dǎo)致潰滅噪聲主頻的降低。在進(jìn)行空泡流實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的同時(shí),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(jié)構(gòu),文章對(duì)大尺度空化結(jié)構(gòu)的形成、不穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)行為及其對(duì)空化噪聲的影響進(jìn)行了研究,完善了空化噪聲理論,加深了對(duì)液壓節(jié)流閥空化現(xiàn)象的認(rèn)識(shí),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(dòng)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(qiáng)烈剪切,導(dǎo)致流體自激振蕩現(xiàn)象,誘發(fā)單頻噪聲,此種流動(dòng)行為往往與空化流動(dòng)并存,由此可以解釋V型節(jié)流閻具有更高的流動(dòng)噪聲量級(jí)及噪聲具有刺耳嘯叫特征的原因。本文研究成果對(duì)液壓節(jié)流閥流動(dòng)噪聲源的分析與判斷,流動(dòng)噪聲控制研究具有較大理論價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)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(dòng)和自激振蕩剪切流兩種流動(dòng)噪聲目前的研究情況;闡述了兩種流動(dòng)噪聲在液壓節(jié)流閥領(lǐng)域的研究進(jìn)展;概括了本文的主要內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及研究方法。
　　 第二章,從聲學(xué)、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(shí)間變化具有直接的關(guān)系;結(jié)合空泡動(dòng)力學(xué)知識(shí)分析了單空泡的成長(zhǎng)與潰滅過(guò)程,給出了空泡潰滅時(shí)間的和噪聲主頻的理論解析,進(jìn)而利用高速拍攝得到的空泡圖像數(shù)據(jù)計(jì)算得到空泡潰滅噪聲主頻的理論值,并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)

6、比,解釋了實(shí)驗(yàn)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(dòng)現(xiàn)象及其隨壓力參數(shù)的變化規(guī)律驗(yàn)證了冀宏博士提出的節(jié)流閥空化噪聲簡(jiǎn)化模型的理論假設(shè)和推論。
　　 第三章,在進(jìn)行節(jié)流閥空泡流高速觀測(cè)的同時(shí),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(jié)構(gòu),隨液體流動(dòng)而呈現(xiàn)出周期性的不穩(wěn)定行為。本章對(duì)大尺度空化結(jié)構(gòu)的形成作了仿真研究,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)空化結(jié)構(gòu)因閻口壁面導(dǎo)向螺旋流動(dòng)而形成;利

7、用空化數(shù)和初生空化數(shù),對(duì)空化結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度的度量進(jìn)行了無(wú)量綱化和歸一化處理;對(duì)大尺度空化結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定行為進(jìn)行了物理解釋和數(shù)學(xué)解析,得到了其運(yùn)動(dòng)頻率的一般表達(dá)式,同時(shí)研究了其不穩(wěn)定行為對(duì)空泡流空化噪聲頻譜的影響。
　　 第四章,通過(guò)對(duì)V型節(jié)流閥中噪聲振動(dòng)頻譜及其流動(dòng)情況的分析與比較,解釋了V型節(jié)流閥較高能級(jí)嘯叫噪聲來(lái)源于空化現(xiàn)象和同時(shí)存在流體自激振蕩現(xiàn)象。結(jié)合V型節(jié)流閥結(jié)構(gòu)特征,進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)論基本符合目前對(duì)流體自激流動(dòng)現(xiàn)