蜡式温控阀流场模拟优化及元件改进方法

发布时间：2020-07-30 00:05

【摘要】： 蜡式温控阀是一种属于自力式的温度和流量的调节装置,可自动控制系统的温度,其依靠感温包内感温介质随温度变化所产生的膨胀力来驱动阀门启闭或开度,从而调节进入阀门的冷、热流体流量,控制流体出口温度。由于其具有结构简单、价格便宜、动作可靠、节能性高、无需外加动力、自动化程度高等诸多优点,因此广泛应用于各类热力设备,如冶金、化工及各种民用装置等。本文针对当前结构最典型、应用最广泛的三通型蜡式温控阀,从其内部流场情况和关键元件改进的两个途径来对之进行研究和优化设计,从而实现提高蜡式温控阀工作性能的研究目的,这对于同类产品的改进设计具有借鉴意义。随着电子计算机和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)软件技术的不断发展与完善,目前根据计算流体力学理论进行数值模拟已成为化工过程装备内部流动及其性能研究的主要方法与手段之一。首先,本文根据蜡式温控阀内部的实际结构的特征和参数,采用三维设计软件建立其内部流场的三维物理模型；之后,应用FLUENT软件对不同工作情况下的数值模型进行三维数值模拟,从而得到其内部流场参数的可视化图形结果,其中将冷、热液入口流量相同工作情况下的求解结果作为重点研究对象进行分析；然后,根据求解结果深入探讨了其内部流场规律、存在的问题以及产生原因,这些问题直接影响到感温包的感温精度和响应时间,从而影响蜡式温控阀的工作性能；再然后,针对发现的问题,创新性的通过改进阀盖形状和调节筒内部结构优化了阀内流场,最后将优化后的阀内流场进行验证性模拟,进而证实了本文所提出的优化设计的合理性。最后,本文结合有关新技术和新产品,针对蜡式温控阀的关键控温元件(即控温弹簧组),通过公式推导和设计示例详述了对其进行改进设计的方法；另外,对于关键感温元件(即感温包)提出了两方面可行性的建议。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH134
【图文】：

温控阀,零能,低价格,产品

图1.3蜡式温控阀产品由于蜡式温控阀具有低价格、零能源接入、无泄露、结构简单和工作稳定可靠等一系列优点，因此其使用量很大，应用面很广，主要可以应用于各类热力设备的不同性质的工质温度、流量的控制，如冶金、化工及各种民用装置等[5，6]。自工业文明诞生，人类便开始了对于自然能源的贪婪消耗，同时无限制的排放污染性废物。随着全球自然环境的极具恶化，当今世界各国，特别是我国这样的高能源消耗和高污染排放的发展中国家，对“节能低碳”的呼唤与日俱增，因此对蜡式温控阀这种节能高效的控温装置进行研究和设计是必不可少的，另外，开发生产新型蜡式温控阀是阀门制造业提高经济效益的又一个增长点。所以说在国内对于蜡式温控阀的研究是很有必要的，而且是很有战略意义的。1.2国内外蜡式温控阀的研究现状及发展趋势自上世纪70年代，蜡式温控阀从国外引入，我国科研人员就展开了对其工作

温控阀,机械结构,放大图,阀体

2.1蜡式温控阀的典型结构2.1.1蜡式温控阀的机械结构蜡式温控阀的机械结构如图2.2所示，其结构是由阀体和阀芯构成。由图可知，阀体部分是由上部的阀盖和布有入口流道的阀体组成，整个阀体的作用是固定阀芯和限定阀内工质的流通路径。阀芯部分是起到感温和控温作用的关键元件，其细节部分有:在感温包内部填充的温敏相变材料是石蜡和纳米金属粉的混合物，在底部采用橡胶隔膜密封;为了起到放大温敏相变材料受热膨胀后推动阀杆产生纵向移动的行程，在套筒与隔膜相连端的内径加工了一个锥形的变径结构

工作过程模拟,温控阀,调节套筒

由冷液入口进入并逐渐使混合液温度降低时，温敏相变材料体积收缩，控温弹簧使调节套筒向上运动。由于温度变化使阀杆和调节套筒不断运动，调节冷、热流体的流量，直到达到预定温度。图2.5为蜡式温控阀的工作过程模拟，(a)为阀

【参考文献】