锥阀的振动与空化的相互作用机理研究

The coexistence of axial and lateral vibrations is usual in poppet valves. When the poppet vibrates, in most cases, the cavitation has occurred already. The researches on theories of the coexistence of axial and lateral vibration and the interaction between vibrations and cavitation are rare. In order to solve the stability problems of poppet valves that we faced in the practical activities, this project focuses on the vibration mechanism of poppet valves, including the coupling mechanism of axial and lateral vibrations, the collision modes of the poppet and seat, the effect of collision on axial and lateral vibrations, the stable region of poppet valves, the interaction mechanism of energy from axial and lateral vibrations, the interaction betweeen cavitation and poppet, the effect of poppet vibrations on cavitation occurrence, development and noise, the interaction mechanism of energy from cavitation and poppet vibrations, the establishment and analysis of vibration models of poppet valves, and the establisement of dynamic stability criterion.

过去对锥阀振动的研究都是针对轴向或径向单独进行，而两种运动有时是共存并相互耦合的；而且当锥体发生振动时，多数情况下阀口区已产生空化，而针对空化与锥体振动的相互作用关系的研究也是空白。近年来在一些高压、大流量的工业应用场合出现的锥阀系统异常失稳事故，凸显了该项研究的重要性与紧迫性。本项目从锥阀振动机理入手，研究锥阀轴向与径向振动的耦合规律，建立锥体与阀座的碰撞模式，揭示非线性碰撞对轴向和径向振动的影响，建立锥阀振动的稳定域图，揭示轴向能量与径向能量的相互传递机制，研究锥阀振动与空化的相互作用机制，研究空化参数对锥阀振动的影响，研究锥阀振动对空化发生、发展、流场以及噪声的影响，揭示空化能量与振动能量相互传递机制，建立锥阀振动的理论模型，定量描述锥阀双向振动的非线性过程，建立锥阀稳定性的判定准则，为锥阀的设计与控制奠定理论基础。

过去对锥阀振动的研究都是针对轴向或径向单独进行，而两种运动有时是共存并相互耦合的，我们的研究填补了国际上在该研究方向上的空白。而且当锥体发生振动时，多数情况下阀口区已产生空化，而针对空化与锥体振动的相互作用关系的研究也是空白。近年来在一些高压、大流量的工业应用场合出现的锥阀系统异常失稳事故，凸显了该项研究的重要性与紧迫性。本项目从锥阀振动机理入手，研究锥阀轴向与径向振动的耦合规律，建立了锥体与阀座的碰撞模式，揭示非线性碰撞对轴向和径向振动的影响，完成了锥阀振动的稳定域图的绘制，揭示了锥体的碰撞是轴向能量与径向能量的相互传递的途径，研究锥阀振动与空化的相互作用机制，建立锥阀稳定性的判定准则，以及空化参数对锥阀振动的影响，研究锥阀振动对空化发生、发展、流场以及噪声的影响，建立锥阀振动的理论模型，揭示在空化状态下由于流体的压缩性以及声速发生了改变，进一步加剧了锥阀的振动，易导致锥阀的啸叫现象，为锥阀的设计与控制奠定理论基础。项目发表SCI论文14篇，授权发明专利5项，2次受邀在国外大学讲座，1次国际会议特邀报告，2篇会议论文被选为会议最佳论文。