高压差调节阀内部流体流动规律与汽蚀仿真研究

发布时间：2020-06-13 20:36

【摘要】：调节阀用于调节工业自动化过程控制领域中的介质流量、压力、温度、液位等工艺参数。改变调节阀的开度,可以实现介质流量、压力、温度和液位的调节,调节阀的用途十分广泛。在生产现场,调节阀直接控制工作介质,尤其是高温、高压、低温、强腐蚀、易燃、易爆、易渗透、剧毒及高粘度、易结晶等介质情况下,若选择或使用不当,往往会给生产过程自动化带来困难,导致调节质量下降,甚至会造成严重的生产事故。而汽蚀正是阀门使用过程中对阀门损害最大的流体力学问题。本文对大连川琦仪表有限公司提供的型号为DN65气动调节阀进行了相关调研并开展了理论研究和分析模拟。本文首先根据所提供的阀门零件图,结合建模软件Pro-E,模拟出阀门内部流体流动的流道模型,并根据实际工作的情况进行模型简化；应用Fluent分析软件对阀内流动现象进行了数值计算,初步得到了阀门内部流体流动的规律；在不同的阀门开度下,对汽蚀现象进行了计算机仿真模拟；预测了阀门内部易发生汽蚀的具体部位,并运用二分法找到了临界汽蚀速度。最后,在现有的改进和避免调节阀汽蚀问题的基础上,对该型号的气动调节阀内部结构给出了具体的改进对策。通过以上研究,可以得出结论：在正常使用情况下,严格控制各项物性参数,阀门一般不会发生汽蚀情况。但是,由于阀门内部工况不易精确控制,若速度或压力稍有变化,便会发生汽蚀。易于发生气穴的位置出现在小孔处,气泡的破裂过程又恰好发生在阀塞下部,对阀塞材料有着很大的冲击。本文还通过模拟,找到了开放一排孔和两排半孔的情况下,发生汽蚀的临界条件,分别得到在开放一排孔时,临界汽蚀速度为3.75m/s,在开放两排半空时,临界汽蚀速度为9m/s。根据汽蚀情况的分析,提出了在小孔前后设置倒角的改进结构,对其进行了流动模拟后,结果说明了该改进结构能在一定程度上减少或避免汽蚀对阀门的影响,为高压差调节阀在日后的结构改进中提供了理论依据,可以减少一些不必要的修复作业,进而减少了维修费用,提高了经济效益。
【图文】：

速度变化曲线,速度变化曲线,调节阀,压力

图1一1调节阀前后压力和速度变化曲线汇‘3]essureandveloeityehangedatin一etandoutletinrestllatorv生在接近气泡破裂的地方，气泡破裂产生的冲形成这种冲击波，当冲击波发生于固体材料边断并高度挤压的撞击力就会产生，任何一个确定重复冲击，都会趋向于疲劳直至疲劳极限，这时，始脱落。有研究者发现，在气泡破裂时压力高2)。在反复冲击的过程中，流体的局部温度高达，这些“过热点”所引起的热应力也是产生汽蚀如果在离开固体表面足够远的距离处破裂，此时因为流动的流体吸收了破裂产生的能量I‘4]。被汽蚀后，就如同细砂喷在固体表面一样，将固煤渣孔般的外表面【’5】。汽蚀损坏与其它类型的大。在阀前阀后的高压差恶劣条件下，即使是极硬的

孔套,消除间隙,节流调节,流动结构

实验结果表明，阀内没有发生汽蚀。国内学者在改进结构方面也做了大量研究，万胜军[23〕总结了一些防汽蚀效果显著的阀门结构，如图1一5所示。并且，他提出除了采用适当的结构设计以合理分配压差外，还应适当改善或加强内件材料，这样能更好地减小汽蚀对阀「1的损害。眯眯眯二 _iii曰曰曰曰， !!! !!!!!!!!!!!燕燕燕蒸蒸蒸图1一5从左至右的结构设计依次为:梯形孔套筒;多级节流调节阀;消除间隙流动结构[23]Fig.l一 5Fromlefttoright:traPezoidalholessleeve:multilevelregulatorvalve:gaPeliminatorstrueture汇23]在材料选择方面，王涛、黄萌娟130」分析了汽蚀现象产生的原因，提出对肯定受到汽蚀破坏的阀芯和阀门内表面进行表面硬化处理的方法，，提高阀芯和阀内表面的抗冲刷能力。在系统设计、多级减压方面，宋俊红[3’]提出可以改用抗汽蚀型套筒单座调节阀;串联两台调节阀
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH134;TP391.7

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