基于污水V型调节球阀流阻与流量分析

摘要

牛顿流体的剪切应力和剪切速率之间呈线性变化关系，对其流动特性研究相对比较容易开展，因此对于牛顿流体研究相对较多。例如空气、水等流体流动都是牛顿流体流动范畴。而非牛顿流体由于其剪切应力随剪切速率变化呈现非线性变化关系，因此对于非牛顿流体的研究相对复杂，对于该类型流体流动特性理论研究相对较少。城市生活污水、纸浆，血液等流体介质都属于非牛顿流体，该课题研究主要是以城市污水型流体作为研究对象。
　　随着科技、工业和居民城市生活水平的提高，城市污水的排放和处理问题日益严峻，对于城市污水排污管件系统中的调节阀要求也在不断提高，城市污水含有大量固体纤维和颗粒状流质，在流动过程中会对管网系统中的调节阀产生缠绕和阻塞。本文所研究的V型调节球阀由于其结构的特殊性，可以很好的防止污水流动对调节阀产生阻塞问题。
　　将城市污水视为非牛顿幂律型流体进行研究，在研究过程中我们运用均质流体流动理论，将具有非牛顿幂律特性的城市污水流动看作单相均质流体来进行研究分析，非牛顿流体在管道中的流动已经有了一定的理论性基础，对于其在调节阀中的流动特性分析，研究成果还相对较少。对污水在调节阀中的流动特性进行分析研究时，主要建立在管道流动理论基础之上。本文主要是通过CFD数值计算方法，运用流体计算软件fluent对城市污水型流体通过V型调节球阀时流动特性进行分析研究。
　　通过流体计算软件fluent对流场进行数模模拟分析，得到不同压差和不同开度下的压力云图和流速矢量图，通过图形很明确的看出压力和流速变化情况，分析不同开度下压力对流体流动的影响，以及压差对流速的影响。
　　分析不同开度和不同压差下的流体流动情况，在压差和开度发生改变时，对比幂律型城市污水在调节阀中的流动特性和清水在调节阀中的流动特性。对V型调节球阀的流阻特性进行研究分析。通过模拟得出不同开度、不同压差下的流阻系数ξ和流量系数KV，绘制流阻系数、流量系数的变化曲线，通过曲线可以看出调节阀流阻系数和流量系数变化情况，随着开度的增大，流阻系数不断减小，流量系数不断增大;当压差变化时，流阻系数和流量系数值没有明显的变化。

目录

声明

摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 研究目的和意义

1．1．1 研究目的

1．1．2 研究意义

1．2 课题的国内外研究现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．2．3 球阀原理特征及其发展现状

1．3 研究内容

1．4 课题的创新性

第2章 城市污水型调节阀特性分析

2．1 V型调节球阀的结构特征

2．2 调节阀流量特性

2．2．1 流量特性定义及分类

2．2．2 流量系数

2．3 调节阀流阻特性

2．3．1 流阻特性理论基础

2．3．2 调节阀流阻系数

2．4 调节阀流动特性影响因素

2．4．1 流体阻力损失

2．4．2 气蚀、空化对阀门流通性能影响

2．5 本章小结

第3章 流体非牛顿特性研究

3．1 流体基本类型及其定义

3．2 非牛顿流体主要类型及本构方程确立

3．2．1 城市污水型流体的非时变性

3．2．2 非牛顿流体的时变性

3．3 粘性流体管道流动理论

3．3．1 均匀流动方程

3．3．2 粘性流体圆管层流的基本理论

3．4 粘性流体运动理论

3．5 本章小结

第4章 城市污水型流体流动理论研究

4．1 幂律流体的层流理论

4．2 城市污水的层流流阻特性研究

4．3 城市污水的湍流流阻特性

4．4 城市污水型流体流态判别

4．5 本章小结

第5章 V型调节球阀的数值计算分析

5．1 数值模拟分析理论

5．1．1 计算流体力学的理论基础

5．1．2 Fluent软件介绍

5．2 污水调节阀流场数值模拟

5．2．1 结构的实体建模

5．2．2 计算前处理

5．2．3 城市污水型流体流态确定

5．3 调节阀数值模拟结果分析

5．3．1 同一开度不同压差下的流场分析

5．3．2 不同开度同一压差下流场分析

5．3．3 流体流动过程中流速分析

5．4 本章小结

第6章 V型调节球阀流动特性分析

6．1 阻力特性影响分析

6．1．1 开度对调节阀流阻系数影响

6．1．2 不同流体的流阻分析

6．2 流量分析

6．2．1 同一压差下流量系数值分析

6．2．2 压差对流量系数影响分析

6．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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