实际气体节流膨胀特点

1、气体动力噪声

气体动力噪声是气体或蒸汽流过节流孔而产生的。工业上遇到的调节阀的噪声，大多数是气体动力噪声。气体和蒸汽都是可压缩流体，一般来说，可压缩流体的流速都要高于不可压缩流体的流速。当气体流速比声音速度低时，噪音是因为强烈的扰流产生的；当气体的速度大于声速时，流体中产生冲击波，所以噪声剧增。把各种噪声加以比较，可压缩流体流经调节阀产生的噪音是最严重的。

2、液体动力噪声

液体动力噪声是由于液体流过调节阀的节流孔而产生的。调节阀结构多种多样，典型的节流形式如图1所示。各种节流口的结构形式尽管不同，但都对液体产生节流作用。当液体通过节流口时，由于节流口面积的急剧变化，流通面积缩小，流速升高，压力下降，因而容易产生阻塞流，产生闪蒸和空化作用，这些情况都是诱发噪声的原因。

图1

当阀门节流口的前后压差不大时，节流口的噪声是极小的，流动的声音不大，因此，不必考虑噪声的问题。如果压差较大，流经调节阀的流体开始出现了闪蒸情况，流动的流体变成有气泡存在的气、液两相的混合体，两相流体的减速和膨胀作用自然形成了噪声。而且，由于电动调节阀口附近截流断面的急剧变化，在高速喷流状态下引起流动速度的不均匀，从而产生了一种旋涡脱离声。

当空化作用产生时，气泡破裂，强大的能量除产生破坏力外，还发出噪声，这种噪声的频率有时高达10000Hz。气泡越多、越大，噪声越严重。

在选择调节阀时，为了避免产生液体动力噪声，关键在于找到开始产生空化作用时的阀门压降ΔPc，确保阀门压降小于ΔPc。为此，引入一个起始空化系数KC的概念。

KC的数值由实验得到，它也可以根据液体的压力系数FL来确定，图2 示出了FL和KC的关系。

3、旋涡脱离噪声

在各种噪声类型中，有一种旋涡脱离噪声，可压缩流体在流过物体表面时，极容易产生这种噪声。当流体质点流到一个非流线型的圆柱体的前缘时，流体受阻，压力就从自由流动时的压力升高到另一种压力，这是因为流体动能的转换。流体绕过圆柱体，形成附面层后，继续流动。在雷诺数Re不同时，调节阀流体流动的情况是不同的。

从图3可以看出，当Re＜5时，流体并不脱离圆柱体图（a）；当5≤Re＜40时，尾流中紧贴圆柱体后面形成一对稳定的旋涡图（b）；当40≤Re＜150时时，对称旋涡破裂，在尾流中出现稳定的、非对称的、排列规则的、旋转方向相反的旋涡列，这些旋涡周期性地脱离圆柱体（c）；当Re＞150时，旋涡列已不再稳定；Re≥300时，整个尾流区已变成湍流状态（d）。

图3

不可压缩流体的雷诺数Re一般都很大，在这种情况下，附面层不能包围住圆柱体的背面，而是从圆柱体表面的两侧脱开，形成两个在流动中向尾部延伸的剪切层。这两个剪切层形成尾流的边界，因为调节阀内层相对于最外层移动慢得多，于是，这些自由剪切层就有卷成不连续打旋的旋涡的倾向，尾流中形成了旋涡流，旋涡流和圆柱体相互作用，诱发振动。当旋涡交替地从圆柱体两侧脱落时，也就激发了圆柱体周期性的脉动力。这种力使有弹性的圆柱体产生振动并发出风鸣音调。风吹过电线时，就可以听到了风鸣声，这就是旋涡脱离现象。而当旋涡脱离的频率与圆柱体的固有频率接近或相同时，振动加大，共振发生，噪声增大。当Re＞3×105时，旋涡的脱离是十分凌乱的，而且形成一个很宽的频带。

如果零件是非圆形截面，上述的现象和结论也同样适用。

总之，可压缩流体流经气动调节阀时，在节流截面最小处可能达到或超过声音速度，这就形成冲击波、喷射流、旋涡流等凌乱的流体，这种流体在节流孔的下游转换成热能，同时产生气体动力噪声，沿着下游管道，传送到各处，严重时将因振动过大而破坏管道系统。

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