调节阀流通特性分析及接管冲蚀磨损机理研究

摘要

某调节阀安装于电厂的储水罐管路系统中，设计调节阀结构，分析调节阀在工作中出现的问题对于系统的安全稳定具有重要的意义。调节阀的流通面积是调节阀结构设计中一个重要的参数，调节阀的流量系数与流通面积直接相关，因此，准确计算调节阀流量系数是阀结构设计中关键的一部分；此外，调节阀在某高温高压工况下，接管出口底板会受到严重的冲蚀磨损破坏，为了保证系统安全稳定的运行，必需对冲蚀性破坏进行具体的分析和验证，利用CFX数值模拟调节阀接管流体运动情况、分析冲蚀磨损的原因是一个行之有效的方法。
　　本研究主要内容包括：①基于流体力学基本原理，选取合适的湍流模型，应用CFX计算流体力学软件数值计算了调节阀的流量系数，绘制了随不同开口度变化的流量系数曲线，并与实测流量系数曲线进行了对比，验证了数值计算的正确性。②基于流通特性和调节阀平均流通面积的关系，提出了一套完整的调节阀结构设计流程，这种方法相比于传统方法设计周期更短、调节精度更高，总体成本就更低。③根据流体力学的基本控制方程、湍流模型、空泡动力学模型和基于空泡动力学Rayleigh-Plesset方程的空化模型，对调节阀接管进行了空化数值模拟，分析了调节阀出口底板冲蚀磨损的原因，提出几种减少冲蚀磨损的途径。④根据CFX数值计算的结果，提出了一种预测底板冲蚀磨损的方法，建立了底板冲蚀磨损的预测模型，定量的预测了底板冲蚀磨损速率，并与实际测得的底板磨损率进行了对比分析。⑤入口压力值对空化流场影响很大，描述了三种入口压力值时流场的流动情况，分析了压力边界条件对空化流场的影响规律。

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1 绪 论

1.1 冲蚀磨损机理的研究现状

1.2 冲蚀磨损实验设备的研究与进展

1.3 冲蚀磨损数值计算的研究与进展

1.4 本文研究的主要内容

2调节阀流通特性分析

2.1 CFD技术和CFD软件简介

2.2 流体运动基本控制方程

2.3 湍流模型计算

2.4 流量系数的计算

2.5 本章小结

3 空化数值模拟

3.1 基本控制方程和湍流模型

3.2 空泡动力学模型及计算

3.3 空化模型及计算

3.4 调节阀接管计算模型

3.5 本章小结

4 空化作用下造成的冲蚀磨损预测

4.1 空化流场压力分布

4.2 空化流场各相分率的分布

4.3 空化流场速度分布

4.4 冲蚀磨损预测

4.5 冲蚀磨损的预测验证

4.6 减少冲蚀磨损的途径

4.7 本章小结

5 入口压力对空化流场的影响

5.1 入口压力为1.96MPa时空化流场的流动情况

5.2 入口压力为2.46MPa时空化流场的流动情况

5.3 入口压力为2.96MPa时空化流场的流动情况

5.4 三种入口压力对流场各参数的影响

5.5 本章小结

6 结论及展望

致谢

参考文献

附录 A. 作者在攻读学位期间参与的研究项目