高压差迷宫式多级降压调节阀内部流动特性分析研究

发布时间：2017-06-02 13:00

  本文关键词：高压差迷宫式多级降压调节阀内部流动特性分析研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文是在重庆市技术创新项目“高压降调节阀优化研究”(编号：2012-01-026)的支持下完成的。现代工业生产规模化的快速发展对调节阀提出了以高压降为主的一系列愈发苛刻的要求,某些使用场合压差高达40MPa以上。迷宫式调节阀作为降压能力最强的多级降压式调节阀,广泛的应用于石油、化工及电力等行业中的高压差与洁净流体介质场合。但在该领域国内研发大多以仿制为主,多次的样机加工和试验使研发周期与成本大大增加,极不利于技术创新水平的提高。研究也大都停留在原理分析或试验验证的初步阶段,尤其是对高压差条件下调节阀内部的可压缩流动几乎没有深入的研究,无法提供有效的参考。所以在这一领域我国正处于需求量不断上升,而研制水平相对滞后,长期依赖进口的不利局面。本文以我校与国内三大调节阀生产企业之一的重庆川仪调节阀公司合作项目为研究对象,开展了以下研究： (1)介绍了迷宫式调节阀的结构特征,分析了迷宫盘片中多级转折流道实现逐级降压、控制流速的工作原理。通过引入节流件流速与出口能量限制标准,分析了盘片降压级数与节流件流体出口能量之间的关系。根据可压缩流体力学基本理论,对不可压缩条件下的迷宫盘片降压级数计算公式进行了推导,并通过修正得出了考虑流速变化因素的改进公式与可压缩条件下的计算公式。 (2)借助商用软件CFX对迷宫盘片内部的可压缩流动进行三维湍流数值模拟,得出了盘片内部流场的压力、速度及密度分布等具体信息,分析了迷宫流道中高温蒸汽介质的流动状况。通过不同压差工况下的仿真实验,研究了迷宫盘片内部流动在不同工况下的变化规律。通过对不同降压级数盘片模型进行仿真实验,分析了降压级数的改变对盘片内部流动的影响规律。通过对不同流道数目与截面参数的迷宫盘片模型进行仿真实验,研究了流道数目与截面参数的改变对盘片内部流动的影响。 (3)推导了调节阀流量系数及可压缩条件下的流量计算公式。对迷宫式调节阀的流通能力分别进行了数值模拟仿真实验与试验测试研究。根据绝热节流温度效应理论,对迷宫式调节阀多级节流降压过程中的温度变化效应进行了理论及仿真实验研究,分析了其产生的机理。 本研究可为相关产品的研发与设计提供一定的参考。
【关键词】：迷宫式调节阀 迷宫盘片 降压级数 CFD 可压缩流动
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 插图索引12-14
• 附表索引14-15
• 第1章 绪论15-26
• 1.1 研究背景及意义15-18
• 1.1.1 研究背景15-17
• 1.1.2 研究意义17-18
• 1.2 多级降压调节阀的工作原理18-19
• 1.3 多级降压调节阀的类型及特点19-22
• 1.3.1 串级式多级降压调节阀19-20
• 1.3.2 套筒式多级降压调节阀20
• 1.3.3 迷宫式多级降压调节阀20-22
• 1.4 多级降压调节阀国内外研究现状22-23
• 1.4.1 国外研究现状22
• 1.4.2 国内研究现状22-23
• 1.5 主要研究内容23-25
• 1.5.1 迷宫式调节阀降压级数理论研究24
• 1.5.2 迷宫式调节阀盘片内部流场研究24-25
• 1.5.3 迷宫式调节阀流通能力与节流温度效应研究25
• 1.6 本章小节25-26
• 第2章 迷宫式调节阀降压级数理论研究26-36
• 2.1 引言26
• 2.2 迷宫式调节阀结构特征及工作原理26-28
• 2.2.1 迷宫式调节阀结构特征26-27
• 2.2.2 迷宫式调节阀工作原理27-28
• 2.3 迷宫盘片节流出口能量分析28-29
• 2.3.1 迷宫盘片降压级数28
• 2.3.2 降压级数对出口能量的影响28-29
• 2.4 迷宫盘片降压级数理论计算研究29-35
• 2.4.1 不可压缩条件下降压级数计算公式29-31
• 2.4.2 可压缩流体力学基本理论31-33
• 2.4.3 可压缩条件下降压级数计算公式33-34
• 2.4.4 计算公式对比分析34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第3章 迷宫式调节阀盘片内部流场分析研究36-59
• 3.1 引言36
• 3.2 流场实体模型的建立与计算网格划分36-39
• 3.2.1 流道实体建模36-37
• 3.2.2 计算模型网格划分37-39
• 3.3 边界条件与相关参数的设定39-41
• 3.3.1 边界条件的设定39
• 3.3.2 流体介质参数设定39-40
• 3.3.3 湍流模型设定40-41
• 3.4 迷宫盘片内部流场仿真实验结果分析41-46
• 3.4.1 计算收敛性分析41-42
• 3.4.2 压力场分析42
• 3.4.3 速度场分析42-43
• 3.4.4 密度场分析43
• 3.4.5 涡流粘度场分析43-44
• 3.4.6 速度矢量场分析44-45
• 3.4.7 流动迹线分析45-46
• 3.4.8 盘片出口能量分析46
• 3.5 不同工况下迷宫盘片内部流动特性研究46-50
• 3.5.1 计算模型与参数设定46-47
• 3.5.2 不同工况下数值模拟结果47-48
• 3.5.3 不同工况下流动对比分析48-50
• 3.6 降压级数对迷宫盘片内部流动的影响50-54
• 3.6.1 计算模型与参数设定50
• 3.6.2 不同降压级数模拟结果50-51
• 3.6.3 不同降压级数模型流动对比分析51-54
• 3.7 流道数目与截面参数对盘片内部流动的影响54-57
• 3.7.1 计算模型与参数设定54
• 3.7.2 不同流道数目模拟结果54
• 3.7.3 不同流道数目模型流动对比分析54-57
• 3.8 本章小结57-59
• 第4章 迷宫式调节阀流通能力与节流温度效应研究59-71
• 4.1 引言59
• 4.2 调节阀流量系数及流通能力理论研究59-64
• 4.2.1 调节阀流量系数59-60
• 4.2.2 可压缩条件下调节阀流通能力理论研究60-64
• 4.3 迷宫式调节阀流通能力模拟实验研究64-65
• 4.4 迷宫式调节阀流通能力试验研究65-67
• 4.4.1 试验目的、内容及依据65
• 4.4.2 试验系统65-66
• 4.4.3 试验程序及结果分析66-67
• 4.5 迷宫盘片节流温度效应分析研究67-70
• 4.5.1 绝热节流温度效应67-69
• 4.5.2 盘片内部节流温度效应理论分析69
• 4.5.3 盘片内部节流温度效应的数值模拟研究69-70
• 4.6 本章小结70-71
• 总结与展望71-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文79

【参考文献】

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本文编号：415343