在水管路实验台架中,采用平齐式安装压力传感器的方法,在阀门的上游与下游分别安装压力传感器,在不同的流量下,测量蝶阀、闸阀和球阀3种类型的阀门噪声,得到阀门上下游的压力信号频谱图(图4、5和6)。为了避免管路上其他附件的影响,测量阀门噪声时,将阀门安装在管路的中央,在泵端和出口端安装了两台水管路消声器,以衰减流噪声的传递干扰。
测试结果表明,从阀门开度看,阀门全开时,上游噪声大于下游噪声3～5 dB。随着开度的减小,下游噪声逐渐大于上游噪声。阀门前后噪声随着阀门开度的减小,噪声在阀门上下游都有增加的趋势,下游噪声增加的更大。从上下游流噪声声压级差值分析,上下游差值不大,只有几分贝。但随着阀门开度的减小,流量为50 m3/h和流量为80m3/h相比,闸阀上游流噪声增加了23.6 dB ,下游流噪声增加了31.5 dB。蝶阀上游流噪声增加了19.6 dB ,下游流噪声增加了27.7 dB。球阀上游流噪声增加了26.3dB ,下游流噪声增加了31.4dB。可见阀门噪声对管路噪声影响很大。

（a）

(b)

(a)流量Q =75 m3/ s (b)流量Q =50 m3/ s

图4 蝶阀上、下游测点噪声频谱图

(a)

(b)

(a)流量Q =80 m3/ s (b)流量Q =50 m3/ s

图5 闸阀上、下游测点噪声频谱图

(a)

(b)

(a)流量Q =70 m3/ s (b)流量Q =50 m3/ s

图6 球阀上、下游测点噪声频谱图

由动态仿真的阀门附近流场图可知,流体流经阀门时,下游出现了大小不等的涡。在流速较低的情况下,不考虑质量源和体积源,只考虑流动发声时,根据Pow ell方程,得到流动激声的波动方程〔5〕

式中 p′——— 压力波,m

 ω——— 涡量

 u——— 流体质点的速度,m/s

由涡声理论可知,阀后出现的漩涡是阀门流噪声的主要声源之一。在流速较低时,式(8)右侧

得ω×u是产生流噪声的源,其涡量越大,源强越强,产生的噪声越大。试验时,当阀门全开时,没有涡产生,流噪声沿管路衰减,上游噪声大于下游。当阀门开度减小,在阀门产生涡,随着阀门开度的不断减小,涡的尺度增大,涡量变大,阀门的噪声增加。
6 结语
①采用基于非结构、非交错网格的有限体积法求解k -ε模型封闭的N-S方程组,模拟水管路中的阀门是可行的。

②由于阀门的作用,一部分流体受阻,流体质点不能突然改变运动方向,即流向不能平稳、圆滑地过渡,在阀门附近流体出现逆流运动的趋势,结果使这部分流体不停地、剧烈地在阀门附近作漩涡运动,漩涡区的流体质点不断被抓获主流带走,而主流区不断将流体给予补充,这一过程势必引起流噪声。

③随着阀门开度的不断减小,阀门附近漩涡的尺度增大,流体质点的流速增大,涡量变大,噪声增加。由阀门流场仿真、试验研究及涡声理论,可以看出涡声对阀门噪声有重要的作用。