4 试验验证

4.1 试验测试装置

装置设计压力6.4 MPa，最高允许压力8 MPa，管径14 mm，壁厚2 mm，设计流量60 m3/h。试验管架总长250 m，可实现高压力、大流量下的输气管道音波泄漏检测和定位功能。气体介质使用压缩空气。在水管路试验台架中，采用平齐式安装压力传感器的方法，在阀门上下游分别安装压力传感器，在不同流量下，测量球阀的阀门噪声，得到阀门上下游的压力信号频谱图。该装置建立了高速实时数据采集系统，采用NI公司的型号为PCI6229 的常规数据采集卡和型号为PCI4474的动态数据采集卡（用于采集泄漏声波信号），可进行高速的数据采集，采样频率超过20 kHz，从而保证泄漏检测的实时性和定位精度要求。

4.2 试验数据
阀门在1 MPa 压力下操作时，对上下游音波信号传感器分别采集到的数据进行处理可以得到声压级图（图8）。比较图6 和图8，曲线趋势一致。比较试验中音波传感器测得的音波数据与模拟得到的音波数据（表3），声压级处于同一数量级且数值接近。在阀门开度为45°的情况下，上游阀门噪声大于下游阀门噪声，误差主要来源于试验过程中的其他噪声，如压缩机噪声、管路噪声等。

图8 阀门上下游声压级的对比

5 结论

（1）经试验验证，利用Fluent 软件对气体流经阀门的流场和声场进行模拟仿真是可行的，模拟仿真流程为：几何建模→网格划分→前处理→求解→后处理。

（2）输气管道阀门流噪声主要来源于偶极子声源，而偶极子声源主要产生于流体与阀门的耦合接触面。

（3）根据气体流经管道阀门的流场分析，非定常流动产生的涡旋是阀门流噪声产生的根本原因，气体流经阀门，产生涡旋，进而产生声辐射。

（4）通过对气体流经管道阀门的声场进行时域和频域分析，得到了音波传播的衰减规律：随着传播距离的增大，音波信号衰减幅度增大，而阀门对音波信号有较强的影响。

（5）如果Fluent 数值模拟得当，可以利用模拟数据分析输气管道阀门流噪声的产生和传播规律，并指导输气管道音波法泄漏检测试验的进行。