蝶阀阀板流场仿真和阀板驱动力矩特性优化研究

摘要

随着CFD理论及CFD模拟软件的发展，CFD可视化模拟越来越受到学术和工业界的青睐。本文对蝶阀的三维可视化模拟仿真进行了研究。以直径为1000mm的标准蝶阀作为研究对象，结合计算流体动力学相关理论，采用数值模拟方法，利用专业的流体分析软件和网格技术对蝶阀在直管内进行流场模拟仿真，得出了阀板的驱动力矩特性曲线，发现阀板小开度时有漩涡产生，并且开度越小漩涡越明显。为了减小阀板小开度时产生的漩涡和改善阀板转动时的阀板驱动力矩特性，对管道和蝶阀的结构分别进行了改进，经过对比得出了两种比较好的的结构，并进一步的对这两种结构进行了深入研究，得到了一定的规律。
　　本研究主要内容包括：⑴了解调节阀的分类，对蝶阀的研究意义进行了分析，介绍蝶阀以及阀门流场CFD仿真的研究现状。⑵阐述了计算流体动力学相关理论及流体控制基本方程，对蝶阀安装在直管中进行合理简化，同时讨论给出流体仿真假设。对流场分析软件FLUENT及网格划分软件ICEMCFD作了简单介绍，对直管蝶阀在不同条件条件下进行模拟仿真，根据阀板在不同开度下的三维流场仿真，得出了管道内的的流场变化情况及阀板驱动力矩特性曲线。⑶探究了减少蝶阀在小开度时产生漩涡的方法。根据漩涡产生的原因设计了多种消除漩涡的结构。并探讨每种结构对漩涡的消除效果。选择了其中两种对减少漩涡效果最好的结构进行深入研究。⑷通过三维仿真得到蝶阀安装在有对称扩缩管下不同开度的三维流场仿真和阀板驱动力矩。并与蝶阀安装在直管中的特性进行对比。探究了L0和δ对扩缩管的流场以及驱动力矩的影响。⑸通过三维仿真得到双控蝶阀在内阀全开的情况下，双控蝶阀外阀在不同开度时的管道内的三维流场仿真和双控蝶阀的驱动力矩。并与标准蝶阀的特性进行对比。探究了D0对驱动力矩的影响。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 蝶阀简介

1．3 课题研究意义

1．4 计算流体力学发展历史

1．4．1 计算流体力学简介

1．4．2 计算流体力学历史进程

1．5 管道蝶阀研究状况总结

1．6 钝体绕流研究

1．7 本文的主要工作与研究内容

第二章 蝶阀在直管中的流场特性分析和驱动力矩特性研究

2．1 计算流体动力学概述

2．2 流体动力学控制方程

2．3 气体在管道中流动概述

2．3．1 气体在水平管道中的等温流动

2．4 FLUENT软件简介

2．5 ICEMCFD软件介绍

2．6 蝶阀在直管中的流场特性分析

2．6．1 模型的建立

2．6．2 流场区域网格的建立

2．6．3 模型和边界条件设定

2．6．4 理论控制方程

2．6．5 三维仿真

2．7 驱动力矩特性研究

2．8 本章小结

第三章 减少蝶阀小开度产生漩涡方法的探究

3．1 对蝶阀结构进行优化

3．1．1 蝶阀结构优化后的模拟仿真

3．1．2 网格划分

3．1．3 边界条件设定及流场分析理论控制方程

3．1．4 椭球阀流场仿真及分析

3．1．5 双控阀流场仿真及分析

3．2 对管道结构进行优化

3．2．1 气体在断面扩大的管道中流动

3．2．2 边界条件设定和三维仿真

3．3 本章小结

第四章 对称渐扩渐缩管中阀板驱动力矩特性研究及其结构优化

4．1 蝶阀后部增加对称渐扩渐缩管段的流场特性分析

4．1．1 模型的建立

4．1．2 模型和边界条件设定及流场分析理论控制方程

4．1．3 三维仿真

4．2 增加渐扩渐缩管段后阀板驱动力矩特性

4．3 探究L0对流场及扭矩的影响

4．3．1 三维仿真

4．3．2 驱动力矩比较

4．4 探究δ对扭矩的影响

4．5 本章小结

第五章 双控碟阀流场仿真和阀板驱动力矩探究

5．1 双控蝶阀在直管中的流场特性分析

5．1．1 模型的建立

5．1．2 模型和边界条件设定及流场分析理论控制方程

5．1．3 三维仿真

5．2 双控蝶阀的驱动力矩特性

5．3 探究内阀直径对双控蝶阀扭矩的影响

5．4 扩缩管方案与双控蝶阀方案对比和结论

5．5 本章小结

6．1 工作总结

6．1．1 主要工作

6．1．2 主要结论

6．2 工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项