滑动式调节阀流场及调节性能研究

摘要

调节阀是通过改变阀开度以改变系统压力、流量等相关参数的调控元件；作为工业流体管路系统中的重要调节装置，其性能的好坏关联着系统整体工作性能的优良。传统调节阀内部流场分布不均，易产生大面积涡流；在多相流工况下，特别是含有固体颗粒的多相流体，由于结构上不利于该类流体介质流通，会引起颗粒在阀内部表面附着、堆积、堵塞调节阀，从而对管道系统造成冲击、影响系统稳定及调节阀的调节性能。 本文所研究的滑动式调节阀为新型结构形式的调节阀，其阀芯行程与流体流动方向平行；调节阀阀体及阀芯在结构上呈流线型特点，具有流场分布均匀、涡流面积小、流通性能佳、对管道系统的冲击小等优点。该调节阀对多相流体且特别对于含有固体颗粒的多相流体具有很好的适用性，相对于传统调节阀具有较好的流通能力及调节性能。本文将以新型滑动式调节阀为对象，对阀内部流场及调节性能进行展开研究，一定程度上完善了工业上调节阀的结构形式。具体研究内容如下： （1）分析及了解调节阀流场及调节性能的研究现状，总结调节阀的发展趋势及传统调节阀存在的不足。 （2）根据滑动式调节阀内部气流流动特征，建立了轴对称下的流动控制方程及数值方法；采用后台阶流动模型及孔板流动模型对调节阀所采用的数值方法进行验证。 （3）建立对称阀芯滑动式调节阀物理模型，数值模拟了对称阀芯滑动式调节阀在不同阀芯位置、不同雷诺数下的流场分布，得出阀在调解过程中的流阻变化及流量特性曲线，研究阀芯位置、流体流向及雷诺数对调节阀内部流场、流通性能及调节性能的影响规律。 （4）建立半球-锥状阀芯滑动式调节阀物理模型，数值模拟该调节阀在不同工况下的流场分布，得出阀在调解过程中的流阻变化及流量特性曲线；对比对称阀芯与半球-锥状阀芯的数值模拟结果，探求阀芯结构对调节阀内部流场、流通性能及调节性能的影响规律。 （5）改进阀芯结构为半球-锥状套筒阀芯结构，并对调节阀内部流场进行数值模拟，得出阀在调解过程中的流阻变化及流量特性曲线。比较三种阀芯结构调节阀的流场及调节性能，确定半球-锥状套筒阀芯为目标阀芯；以均匀流场及降阻为准则对半球-锥状套筒滑动式调节阀阀体结构进行改进。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 调节阀的发展及应用

1.3 调节阀流场及调节性能的研究现状

1.4 主要研究内容

第2章 调节阀内部气流流动特性及数值方法

2.1 调节阀内部气流流动特性

2.2 控制方程及数值方法

2.2.1 控制方程

2.2.2 湍流模型

2.2.3 数值方法

2.3 数值方法验证

2.3.1 后台阶流动

2.3.2 标准孔板节流

2.4 本章小结

第3章 对称阀芯滑动式调节阀流场及调节性能研究

3.1 物理模型及工况

（1）物理模型建立

（2）数值模拟工况

3.2 网格划分及边界条件

（1）网格划分

（2）边界条件

3.3 网格无关性验证

3.4 数值模拟结果及分析

3.4.1 阀内流场分析

3.4.2 流阻分析

3.4.3 流量特性分析

3.5 本章小结

第4章 半球-锥状阀芯滑动式调节阀流场及调节性能研究

4.1 物理模型及工况

（1）物理模型

（2）数值模拟工况

4.2 网格划分及边界条件

4.3 数值模拟结果

4.3.1 阀内流场分析

4.3.2 流阻分析

4.3.3 流量特性分析

4.4 本章小结

第5章 半球-锥状套筒阀芯滑动式调节阀流场及调节性能研究

5.1 物理模型及工况

（1）物理模型

（2）工况

5.2 网格划分及边界条件

5.3 数值模拟结果

5.3.1 阀内流场分析

5.3.2 流阻分析

5.3.3 流量特性分析

5.4 半球-锥状套筒阀芯滑动式调节阀阀体结构改进

5.4.1 物理模型及网格划分

5.4.2 数值模拟结果

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果

致谢