调节阀流量特性及动态性能研究

发布时间：2017-08-07 16:04

  本文关键词：调节阀流量特性及动态性能研究

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【摘要】：调节阀又称控制阀,是工艺管路中的最终控制元件,在各个行业中有着广泛的应用。随着市场的快速发展,调节阀的需求量在不断的增加,同时对调节阀产品的要求也越来越高。而现有的调节阀在应用过程中存在着诸多问题,如泄漏大、易堵卡、流量系数小、调节范围小、振动,啸叫等等。这对调节阀的发展是一个很大的制约。本论文就是从调节阀的整体结构出发,分析调节阀的内流特性,找到影响调节阀动态特性的关键因素,这对调节阀的发展有着重要的理论意义和实用价值。本文所做的主要工作有： (1)通过介绍调节阀的发展历史以及国内外的研究现状,分析出我国调节阀存在的问题,进而确立本课题研究的主要内容、技术路线及创新之处。 (2)介绍调节阀的结构原理,通过对流体力学中伯努利方程分析可知,调节阀在实际工况中相当于一个局部阻力可变的节流元件。文中简化并推导出调节阀流量方程,并根据其固有流量特性(快开、线性、等百分比、抛物线)的分类,推导不同流量特性下的阀口过流面积与流量之间的关系式。 (3)通过三维建模软件对所设计的套筒式调节阀内部流场进行建模,并通过CFD仿真软件FLUENT对套筒式调节阀的内部流场进行数值模拟。通过仿真结果与理论计算值对比,分析调节阀的流量特性。 在理想状态下计算的可视化结果中,当调节阀的阀口处于全开状态时,阀口过流面积大,阀芯前后的压力损失比较小,进出口之间的压力变换比较平缓,相对流速较小；当阀口过流面积减小时,流阻增大,阀芯前后的压力损失也相应增大,阀口处的流速增加,流场中涡流和空穴现象出现的几率明显增多。 (4)套筒式调节阀在动作过程中,由于介质是直接作用在阀芯上的,这样就会使得阀芯承载的不平衡力明显增加。当阀芯设计中采用平衡孔后,介质通过平衡孔进入阀芯背面,即阀芯上下两个容积腔沟通,阀芯所受的不平衡力明显减小。为研究调节阀的动态特性,本论文首先通过理论分析,将带平衡孔的套筒式调节阀模型进行简化,建立数学模型,推导出调节阀在工作点附近的动态特性；其次,通过Fluent动网格技术进行仿真研究,模拟调节阀在开启、关闭过程中的动态性能,得到阀口开度与阀芯受力变化曲线图；最后,通过调节阀流量实验台与动态性能测试仪的结合使用,得到调节阀开启、关闭过程中动态性能曲线。将理论计算、仿真结果、试验数据进行对比,分析调节阀开启过程中振动的原因,并提出了降低噪音、振动的解决办法。
【关键词】：调节阀 流量特性 套筒 CFD 动网格 动态特性
【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8-9
• Abstract9-11
• 插图索引11-13
• 附表索引13-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 调节阀概述14-15
• 1.2 调节阀研究现状及发展15-18
• 1.2.1 调节阀的发展历史15
• 1.2.2 国内调节阀发展及研究现状15-17
• 1.2.3 国外调节阀研究现状17
• 1.2.4 调节阀的发展趋势17-18
• 1.3 课题研究背景及意义18-19
• 1.3.1 课题研究的背景18-19
• 1.3.2 课题研究的意义19
• 1.4 课题研究的主要内容19-21
• 1.4.1 课题主要内容及技术路线19-21
• 1.4.2 课题研究的主要思路和方法21
• 1.5 本章小结21-22
• 第2章 计算流体力学基础及动网格技术22-31
• 2.1 计算流体力学概述22-25
• 2.1.1 计算流体力学定义22
• 2.1.2 CFD求解过程22-25
• 2.2 计算流体力学基本控制方程25-26
• 2.2.1 质量守恒方程25
• 2.2.2 动量守恒方程25-26
• 2.2.3 伯努利方程26
• 2.3 湍流模型基础26-28
• 2.3.1 Spalan-Allnlaras模型应用范围27
• 2.3.2 κ-ε模型27-28
• 2.3.3 κ-ω模型28
• 2.3.4 雷诺应力模型28
• 2.3.5 LES大涡模拟模型28
• 2.4 动网格技术28-30
• 2.4.1 动网格介绍29
• 2.4.2 动网格更新方法29-30
• 2.5 小结30-31
• 第3章 调节阀结构原理及流量特性31-43
• 3.1 调节阀的工作原理31-32
• 3.2 调节阀的结构类型32
• 3.2.1 按用途和作用分类32
• 3.2.2 按驱动方式分类32
• 3.2.3 按行程特点分类32
• 3.3 调节阀流量方程32-36
• 3.4 调节阀流量特性分析36-39
• 3.4.1 调节阀可调比36-37
• 3.4.2 调节阀固有流量特性37-39
• 3.4.3 调节阀工作流量特性39
• 3.5 套筒式调节阀计算与分析39-42
• 3.5.1 套筒式调节阀39-41
• 3.5.2 等百分比型套筒阀口计算41-42
• 3.6 小结42-43
• 第4章 调节阀稳态数值模拟43-52
• 4.1 调节阀流道模型的建立43
• 4.2 网格划分43-44
• 4.3 求解器相关设置44-45
• 4.4 调节阀内部流场可视化分析45-49
• 4.4.1 对称面压力云图分析46-47
• 4.4.2 对称面速度云图分析47-48
• 4.4.3 对称面速度云图、压力云图综合分析48-49
• 4.4.4 对称面速度矢量图分析49
• 4.5 稳态数值模拟与理论计算值对比分析49-50
• 4.6 小结50-52
• 第5章 调节阀动态特性分析52-67
• 5.1 调节阀动态特性分析方法52-55
• 5.2 动网格相关设置55-57
• 5.2.1 动网格参数设置56
• 5.2.2 动网格运动方式的定义56-57
• 5.3 阀芯受力动态分析57-59
• 5.3.1 开启过程阀芯受力分析58
• 5.3.2 关闭过程阀芯受力分析58-59
• 5.4 调节阀动态特性试验59-65
• 5.4.1 步进精度结果分析60-62
• 5.4.2 执行器性能分析62-63
• 5.4.3 变送器性能分析63-64
• 5.4.4 阀芯位置与气动信号特性分析64-65
• 5.5 仿真结果与试验数据综合分析65-66
• 5.6 小结66-67
• 结论67-68
• 展望68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录73

【参考文献】

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本文编号：635483