调节阀空化与噪声数值模拟研究

发布时间：2020-08-27 18:39

【摘要】：调节阀由于内部流道结构复杂,阀内件具有明显的节流特性,在调节阀整个运行过程尤其是开启或者关闭工况时,流体造成强烈压力脉动或者是出现漩涡,使调节阀流道内出现水击、空化现象以及流致噪声,对调节阀及其附属管控系统的精准控制造成影响,对工作人员的人体健康造成不同程度的危害。针对调节阀流道内产生的空化现象以及流致噪声问题,本文以调节阀及其附属的管控系统为研究对象进行如下研究:(1)介绍了调节阀对于工业生产的重要作用及其在运行时所存在的问题,结合国内外对于调节阀空化和流致噪声的研究现状和研究方法,提出研究调节阀空化和流致噪声的重要意义和必要性。(2)介绍了调节阀典型的结构,阐述了调节阀的工作原理和产生空化和流致噪声的参数变化条件和需要达到的条件;介绍了数值模拟研究空化和流致噪声的基础理论知识、湍流模型、多相流模型以及动网格模型,重点介绍了空化模型,为后续的数值模拟计算奠定基础。(3)建立了调节阀流道三维模型并完成网格的划分,罗列调节阀空化数值模拟研究中需要用到的边界条件设置,利用流体仿真软件CFD(计算流体动力学)对调节阀不同开度下和不同进出口压差下的工况进行模拟。对比分析不同工况下调节阀流道内的流场特性,同时分析不同开度以及不同进出口压差对于空化现象的影响,通过调节阀内的气相体积分数和空化数简单描述空化的强弱程度,为降低调节阀内空化的设计提供参考和依据。(4)介绍了声学基础理论知识,概述了调节阀内产生噪声的原因和类型,简单描述流致噪声的声源类型。对调节阀流场进行稳态数值模拟计算,此为初值进行瞬态流场数值模拟计算。通过瞬态计算提取声源信息,然后以此为激励,将其导入到声学仿真软件LMS Virtual.Lab中进行噪声计算。模拟不同开度下调节阀中的空化现象及其产生的流致噪声,进行对比分析。通过上述研究,为降低调节阀中的空化现象和流致噪声提供了参考和依据,同时为调节阀的优化设计提供了新思路和方法。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH134
【图文】：

结构图,调节阀,结构图,空化现象

是工业自动化控制系统中的核心部件，在自动化控制系统中发挥着无于调节阀结构的特殊性，使调节阀中产生空化和噪声等问题，调节阀声不仅影响着阀内过程流体的流动特性，而且直接关系到调节阀是否的调节质量。先将对调节阀的工作原理进行简单的介绍，对调节阀内的压力和流速述，并对产生空化现象的条件进行介绍；其次对数值模拟理论基础进后续的模拟工作奠定理论基础；最后对本课题研究空化现象所要用到单的推导和分析，为后面数值模拟结果的具体分析提供依据。阀工作原理阀结构

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图 2.2 流体流过调节阀时压力和速度的变化图示为流体流过调节阀节流面时压力以及速度的变化图。从图力在节流处的变化趋势刚好相反。在理想计算条件下，假设流流，同时忽略流道结构对流体流动的影响，在此假设条件下考化时，可以认为调节阀进出口的压力基本没有变化。但是在调流体流过调节阀节流处时，由于阀芯处流通面积发生变化，造增大，流体的压力下降；随着调节阀下游流通面积的逐渐增大但是由于流体粘性的缘故，使流体之间相互产生摩擦，造成流，造成流体流动总能量的损失，从而造成调节阀下游流体的压入口处的压力值。示，当调节阀内流体流过调节阀阀芯节流断面时，流体入口压最小，流体流速刚好与此相反，流速急剧增加并达到最大。当压力降低到等于或者低于流体设定温度下的饱和蒸汽压 Pv时，速汽化并形成气泡，在如果阀下游压力 P2仍低于饱和蒸汽压在阀下游不会发生溃灭，将会出现汽液两相流。如果阀后压力那么气泡在阀下游将会发生溃灭，由气相变回液相。

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lidWorks 公司推出的三维机械设计自动化软件系统，该软件以其能，以及在不同零件的装配工程中也表现出优异地工作性能，能建模任务，极大地提高了机械工程师的设计效率，因此在日常的计以及部件的装配等诸多方面得到了广泛的应用和认可。道内部结构较为复杂，流道整体模型主要由进出口、内部阀腔和模型均由三维实体模型中抽取而成。图 3.1 为调节阀流道三维模研究的实验条件及结果尽可能的接近真实实验的条件和结果，调行修改和简化。根据调节阀实际运行工况下前、后管路的连接情，对调节阀流道模型进出口两端的管路进行了延伸，进口段管路口直径，出口段管路延长为 10 倍的调节阀出口直径，以使在模道两端的流动充分发展并使进出口两端的流体流动稳定且均匀，误差。同时，为了减少计算运行时间，在三维模型的建立过程中进行适当的简化和省略，主要是对阀芯上部的腔室进行了省略，充满腔室时基本不会发生流动，对数值模拟研究结果的影响可流道中一些微小的结构进行了适当的简化，这种简化对数值计算不计。

【参考文献】