Анализ формирования воздушных потоков в сопловом клапане

Цель. Для проведения корректной оценки воздействия систем вентиляции на акустическую обстановку помещения необходимо определять длину вихревой зоны, формирующейся при прохождении воздушного потока через дросселирующие устройства. В статье рассматриваются результаты моделирования соплового клапана с изменяющимся проходным сечением в процессе его открытия и закрытия. Метод. Анализ сценариев формирования воздушного потока при различных положениях регулирующей диафрагмы производился с помощью метода вычислительной гидродинамики (CFD) в программном комплексе Ansys Fluent. Результат. При уменьшении площади проходного сечения наблюдается резкое локальное повышение скорости воздушного потока, а также формирование вихревых зон и обратных течений, возникающих вследствие эффекта эжекции. Вывод. Наличие сложных турбулентных потоков в вентиляционной сети приводит к повышению уровней звукового давления и шуму, проникающему в обслуживаемое помещение. Выявленные значительные отклонения от максимальной рекомендуемой скорости в зависимости от сценария открытия клапана подчеркивают важность учета дросселирующих устройств при проведении акустических расчетов. Анализ длины участка стабилизации течения позволяет определить оптимальное месторасположение соплового клапана и исключить размыкание вихревой зоны при совместном взаимодействии местных сопротивлений (воздухораспределительных устройств, тройников, отводов и клапанов постоянного расхода воздуха). Для снижения риска возникновения повышенных шумов рекомендуется размещение соплового клапана на прямом участке воздуховода, длиной не менее одного калибра до и трех калибров после дросселирующего устройства.

Objective. To accurately assess the impact of ventilation systems on the acoustic environment of a room, it is necessary to determine the length of the vortex zone that forms as the air flow passes through throttling devices. The article examines the results of modeling a nozzle valve with a variable cross-section during its opening and closing processes. Method. The analysis of airflow formation scenarios at various positions of the control diaphragm was performed using Computational Fluid Dynamics (CFD) in the Ansys Fluent software package. Result. As the cross-sectional flow area decreases, a sharp local increase in airflow velocity is observed, along with the formation of vortex zones and reverse flows resulting from the ejection effect. Conclusion. The presence of complex turbulent flows in the ventilation network leads to increased sound pressure levels and noise penetrating the serviced space. Significant deviations from the recommended maximum velocity, depending on the valve opening scenario, highlight the importance of considering throttling devices in acoustic calculations. Analyzing the length of the flow stabilization section enables optimal placement of the nozzle valve, preventing the vortex zone from breaking up due to the combined influence of local resistances (air distribution devices, tees, bends, and constant airflow valves). To reduce the risk of increased noise, it is recommended to position the nozzle valve on a straight duct section, with a length of at least one duct diameter before and three duct diameters after the throttling device.