噪聲預估的必要性及旋渦脫離噪聲分析

2021-01-19 調節閥選型

調節閥噪聲的預估是一項重要的工作,使我們大致了解將在系統中使用的調節閥的噪聲水平,若噪聲水平超出允許範圍,應採取相應噪聲治理措施,以避免事後面對嚴重的噪聲,才來被動想辦法,從而延誤工期。

什麼是旋渦脫離噪聲?

在各種噪聲類型中,有一種旋渦脫離聲,可壓縮流體在流過物體表面時,極容易產生這種噪聲。當流體質點流到一個非流線型的圓柱體的前緣時,流體受阻,壓力就從自由流動時的壓力升高到另一種壓力,這是因為流體動能的轉換。流體繞過圓柱體,形成附面層後,繼續流動。在雷諾數Re不同時,流體流動的情況是不同的。從下圖可以看出,當Re<5時,流體並不脫離圓柱體圖(a);當5≤Re<40時,尾流中緊貼圓柱體後面形成一對穩定的旋渦圖(b);當40≤Re<150時時,對稱旋渦破裂,在尾流中出現穩定的、非對稱的、排列規則的、旋轉方向相反的旋渦列,這些旋渦周期性地脫離圓柱體圖(c);當Re>150時,旋渦列已不再穩定;Re≥300時,整個尾流區已變成湍流狀態圖(d)。

不可壓縮流體的雷諾數Re一般都很大,在這種情況下,附面層不能包圍住圓柱體的背面,而是從圓柱體表面的兩側脫開,形成兩個在流動中向尾部延伸的剪切層。這兩個剪切層形成尾流的邊界,因為內層相對於最外層移動慢得多,於是,這些自由剪切層就有捲成不連續打旋的旋渦的傾向,尾流中形成了旋渦流,旋渦流和圓柱體相互作用,從而誘發振動。當旋渦交替地從圓柱體兩側脫落時,也就激發了圓柱體周期性的脈動力。這種力使有彈性的圓柱體產生振動並發出風鳴音調。風吹過電線時,就可以聽到了風鳴聲,這就是旋渦脫離現象。而當旋渦脫離的頻率與圓柱體的固有頻率接近或相同時,振動加大,共振發生,噪聲增大。當Re>3×105時,旋渦的脫離是十分凌亂的,而且形成一個很寬的頻帶。

如果零件是非圓形截面,上述的現象和結論也同樣適用。

總之,可壓縮流體流經調節閥時,在節流截面最小處可能達到或超過聲音速度,這就形成衝擊波、噴射流、旋渦流等凌亂的流體,這種流體在節流孔的下遊轉換成熱能,同時產生氣體動力噪聲,沿著下遊管道傳送到各處,嚴重時將因振動過大而破壞管道系統。

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