某试验系统用调节阀内部流场数值模拟及优化研究

发布时间：2020-03-24 00:11

【摘要】：调节阀作为重要的控制元件,广泛应用于管路系统中。随着工业发展的不断前行,对调节阀的调节性能与设计要求也在不断提高。研究调节阀内部介质流动状态与规律,对调节阀优化设计,提高调节阀的性能,探索调节阀未来发展趋势有着重要理论意义和实用价值。由于调节阀内部流场通常复杂多变,难以通过实验直接观察,所以本文以调节阀为研究对象,首先通过数值模拟对其内流场进行了可视化分析,采用数值模拟结合流量试验的方法探究了调节阀的流量特性,然后通过理论计算对调节阀进行了优化设计,最后探究了优化后的调节阀阀芯形状改变是否会引起共振。具体内容如下:(1)介绍了调节阀的结构和工作原理,结合流体力学中伯努利方程,推导出调节阀流量方程。对调节阀的固有流量特性进行了详细介绍。介绍了CFD的求解过程,计算流体力学控制方程,湍流模型等基础理论知识,为后续的数值模拟奠定基础。(2)通过SolidWorks建立不同开度下调节阀三维模型并抽取流道,利用ICEM对流道进行网格划分。通过Fluent对阀门不同开度下内流场进行数值模拟得到调节阀内流场可视化细节图,分析调节阀内压力、速度等变化;根据数值模拟结果计算了不同压差下的流量系数并绘制流量系数及流量特性曲线。(3)对调节阀进行流量特性试验得到它的实际流量特性并将试验结果与模拟结果进行对比分析。通过理论计算的方法设计得到调节阀阀芯形面,并据此对调节阀阀芯进行优化设计。(4)对优化后的调节阀进行流固耦合模态分析得出其湿模态固有频率;对实际工况下不同开度调节阀进行数值模拟得到流噪声频率及涡脱落频率;将固有频率与流噪声频率及涡脱落频率进行比较,进一步判别优化后的调节阀是否会发生共振。
【图文】：

原理图,调节阀,原理图,阀芯

9图 2.1 调节阀原理图机构；OR—调节机构（调节阀）；xc—控H—阀杆行程；qV—通过阀门的体积流量驱动装置，它根据信号压力的大小而带动调节阀阀芯运动。阀门部件执行机构推杆的位移，改变调节阀经阀芯与阀座构成的封闭空间时，碍，，从而引起流体速度和压力的变

节流孔,时速,压头,介质

图 2.2 介质经过节流孔时速度和压力的变化[1]a）具有节流孔板的导管 b）节流区压力的变化流量方程中，流体的压力常用高度来表示称作压头，根据流体力学压力发生变化时，各压头存在互相转化的关系[55-56]：压头：流体因所在位置距标准面的高度而具有的压头叫。头：流体因液柱高度而具有的压头，用 hs表示，其大小式（2.1）：shgP = 中：P 为压力，单位 Pa；ρ 为流体密度，单位 kg/m3；g 为。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH134

【参考文献】