液壓系統複雜流道空泡群潰滅及空化噪聲研究

《液壓系統複雜流道空泡群潰滅及空化噪聲研究》是依託中國礦業大學，由劉秀梅擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：液壓系統複雜流道空泡群潰滅及空化噪聲研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉秀梅
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

本項目擬對液壓系統複雜流道內空泡群潰滅過程及其輻射噪聲進行理論建模與可視化實驗相結合的研究。基於能量傳遞理論，建立空泡群分層潰滅的壓力迭加模型。結合空化湍流兩相流模型，獲得液壓流道內空泡群潰滅過程的運動軌跡，為預測空化發生提供理論依據；實驗觀測複雜流道內空泡群的運動行為，分析流道結構、流量特性、系統壓力變化對空化的影響，獲得液壓系統中空泡群演變過程及其影響因素。採用抗干擾能力較強、精準度較高的超聲主動探測方式，探測空泡群潰滅階段輻射噪聲信號，提取表征空化的特徵值，確定其與空化強度的對應關係；建立空泡群潰滅輻射噪聲信號的物理模型，實現對群泡噪聲聲壓及聲譜特性的定量估算。本項目研究成果不僅對控制液壓元件噪聲、提高液壓系統的控制精度和工作性能，而且對空泡和空化空蝕理論的發展和完善具有重要的理論意義和實際套用價值。

結題摘要

本項目對液壓系統典型流道內空泡群潰滅過程及其輻射噪聲進行理論建模與可視化實驗相結合的研究。首先建立了單、雙空泡理論模型，完成了單、雙空泡相互作用的數值計算工作，分析了主次空化泡在同相位、不同相位時相互作用的過程，為泡群的複雜相互作用奠定了理論基礎；建立空泡群分層潰滅壓力迭加模型,沿徑向將空泡群分成一系列層次，同一層內空泡同時潰滅。考慮已潰滅各層空泡的影響和同層內正在潰滅空泡的影響,計算了不同參數下的空泡群潰滅壓力。在分層潰滅模式下，空泡群由外向內逐層潰滅,空泡群半徑逐漸減小,潰滅壓力由外向內逐層增大,當空泡群完全消失時,潰滅壓力達到最大,為空泡群的最終潰滅壓力；其次，採用Fluent數值研究了一、二級節流閥內部空化流動特性，分析了進出口壓差、閥口開度、液壓介質及閥座參數對節流閥內部空化現象的影響，得到了一級、二級節流閥內部空化流動的壓力場、流速分布、空化區域分布等的變化規律。液壓節流閥中空化區域主要分布在節流口下游的回流區內，空化較嚴重的區域主要分布在回流區與高流速區域接觸的邊緣區域，空化的強度受到回流區大小及回流中心位置的影響，而回流區的大小及分布主要受液體流向及流速的影響；再次，自行設計並搭建了一種基於高速攝影技術的液壓節流閥內部空化分析系統，由光學子系統、液壓子系統和實驗平台三部分組成；根據實驗需求設計了實驗用透明節流閥、減震液壓實驗工作檯架，並對相應的液壓元件和光學元件進行了選型。採用高速攝影裝置拍攝了節流閥開度變化對節流閥內流速、空化現象的影響。當節流閥開度較大時幾乎沒有空化現象產生，隨著開度的減小，最大流速逐步增大，回流區和空化區開始出現並逐步擴大；當接近閉合時，流速不再增大反而有所降低，空化開始減弱，回流區逐步萎縮、消失，實驗與數值吻合較好；最後，由瑞利方程出發推導了單空泡、雙空泡潰滅的噪聲聲壓方程和功率譜。針對空泡群分層潰滅壓力迭加模型，將液壓元件中流動泡聲輻射區域分成m層，每層均為一個積分單元,求出每個單元的輻射聲壓然後積分，求出群泡噪聲聲壓和功率譜。採用多通道振動噪聲測試系統實驗測量了液壓節流閥在運行中空化噪聲的情況，實驗發現空化噪聲的信號主要在高頻部分。本項目研究成果不僅對控制液壓元件噪聲、提高液壓系統的控制精度和工作性能，而且對空泡和空化空蝕理論的發展和完善具有重要的理論意義和實際套用價值。