載流管路中的液流壓力脈動是造成管路系統(tǒng)振動的主要原因，因此消減液流脈動對管路安全具有重要意義。本文根據(jù)聲學(xué)濾波器的基本原理設(shè)計了一種新型實用的液流脈動衰減器，通過數(shù)值仿真軟件FLUENT 建立了該衰減器的二維非穩(wěn)定流動模型，并推導(dǎo)了管路中柱塞泵輸送液流的入口條件，分析了不同頻率下衰減器的液流脈動衰減性能。在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上制作了脈動衰減器的實物模型，設(shè)計并搭建了柱塞泵管路實驗平臺，對脈動衰減器的相關(guān)性能進行了試驗研究。通過數(shù)值模擬結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)的對比分析，發(fā)現(xiàn)該液流脈動衰減器具有作用頻帶寬、液流脈動衰減效果好的特點。此外，該衰減器結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維護簡單，便于工程實際應(yīng)用。

1、前言

　　充液管道系統(tǒng)作為具有代表性的流體輸送系統(tǒng)，在工業(yè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，發(fā)揮著重要作用。眾多生產(chǎn)實踐表明載流管路的絕大多數(shù)振動問題都是由液流壓力脈動引起的。因此真空技術(shù)網(wǎng)(www.13house.cn)認為研究液流脈動消減措施，設(shè)計并制造實用有效的液流壓力脈動消減器對解決工程實際問題具有重要的理論意義和實用價值。

　　載流管路的振動控制主要分為主動控制和被動控制，其中被動控制很多都是從衰減管路內(nèi)的液流脈動著手的。早在1922 年美國的G. W.Stewart 就提出了聲學(xué)濾波器在實際中的應(yīng)用價值，并首先用電—聲模型法導(dǎo)出了聲學(xué)濾波器的基本模型; 20 世紀50 年代Davis 對膨脹室型濾波器和分支共振型濾波器進行了比較系統(tǒng)的研究; 20 世紀70 年代Streenath 等學(xué)者借助傳遞矩陣給出了濾波器的衰減表達式; 2001 年奧地利林茨約翰開普勒大學(xué)的J. Mikota 對幾種液壓系統(tǒng)中的濾波器進行了研究，并設(shè)計了一種基于赫姆霍茲濾波器原理的多自由度彈簧質(zhì)量吸振裝置; 2005 年德國特里爾大學(xué)Harald 對抗式壓力脈動衰減器在液壓系統(tǒng)的應(yīng)用進行了實驗研究; 2010 年，Kela 設(shè)計了一種自適應(yīng)赫姆霍茲式脈動衰減器，并在液壓系統(tǒng)中進行了相關(guān)研究。在國內(nèi)也有很多學(xué)者進行著這方面的研究，其中1984 年，陳守五等分析了穿膛式液流脈動消振器的機理，建立了運動方程; 1994 年，王和康針對K 型液壓濾波器進行了研究; 2011年，浙江大學(xué)的章寅利用CFD 軟件對赫姆霍茲式和多孔同心式脈動衰減器進行了數(shù)值模擬和實驗研究，并得到了一些有價值的結(jié)論。

　　本文基于聲學(xué)濾波器的基本原理，設(shè)計了一種新型的多孔管式阻抗復(fù)合型液流脈動衰減器，利用FLUENT 建立了該脈動衰減器的二維模型并根據(jù)柱塞泵的工作原理推導(dǎo)出管路入口條件。其后在實驗室搭建了載流管路實驗平臺，并在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)之上制造了該脈動衰減器的實物模型，進行了不同工況下的試驗研究。

2、基本原理

　　2.1、載流管路中柱塞泵工作原理

　　柱塞泵依靠柱塞在缸體中往復(fù)運動，使密封工作容腔的容積發(fā)生變化來實現(xiàn)吸液、排液的功能。排液的不連續(xù)性決定了柱塞泵輸出流量具有脈動特性。曲柄連桿式柱塞泵具有排液壓力高、輸出流量穩(wěn)定、對輸送介質(zhì)有較強的適應(yīng)性等優(yōu)點，是石油化工、礦山礦場等領(lǐng)域最常見的動力源。實驗室為了能模擬生產(chǎn)實際中管路系統(tǒng)的流量脈動，選擇曲柄連桿式三柱塞泵作為激勵端。曲柄連桿式單作用柱塞泵的工作原理如圖1 所示。

圖1 柱塞泵工作原理

5、結(jié)論

　　(1) 結(jié)合干涉型液流脈動緩沖器和多孔管式氣流消音器的基本原理，立足于生產(chǎn)實際，設(shè)計了多孔管式阻抗復(fù)合型液流脈動衰減器。利用FLUENT 建立了該脈動衰減器的二維模型，根據(jù)其激勵端確定了較為恰當?shù)倪M口邊界條件;

　　(2) 搭建了載流管路試驗平臺，并在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)之上制造了該脈動衰減器的實物模型，進行了不同工況下的試驗研究，并得到了和數(shù)值模擬結(jié)果一致的結(jié)論;

　　(3) 通過數(shù)值模擬和試驗得出了此脈動衰減器不同頻率下的衰減性能，發(fā)現(xiàn)該脈動衰減器最大衰減率為15dB 左右，最小脈動衰減率也在10dB 以上，衰減性能優(yōu)異，通過進一步的數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)該脈動衰減器具有較寬的衰減頻帶。數(shù)值模擬和試驗研究表明此脈動衰減器有重要的工程應(yīng)用價值。