球阀开启过程的瞬态数值模拟与实验研究

摘要

阀门作为管路系统中的重要控制元件，主要用来接通、切断管路中介质的流动。由于阀门开度的瞬态变化，在阀门启闭过程中极易在其下游产生漩涡、二次流、空化等复杂流动状态，这些复杂流动状态的产生和发展最终导致了阀门的运行故障。因此，本硕士论文对流程阀门启闭瞬态过程的流动特性开展了研究，进而为阀门在瞬态工况下的安全运行提供理论依据。本文主要以球阀为研究对象，对其开启过程进行了数值模拟和实验研究，分析了稳态和瞬态工况下阀门开度及阀芯的开启速度对内部流动特性的影响。具体内容如下:
　　(1)分别在不同开度及开启速度工况下对球阀进行稳态及瞬态流阻特性实验，获得了稳态工况不同开度下的流阻特性，及不同开启速度下流量和压差随时间（开度）的变化规律，并对稳态实验与瞬态实验结果进行对比分析。
　　(2)利用三维建模软件UG对球阀及球阀内部流道进行三维建模，运用Gambit软件采用非结构化网格对流道进行网格划分。基于稳态及瞬态实验的结果，作为数值仿真的边界条件，利用仿真软件Fluent基于N-S控制方程及标准κ-ε湍流模型，分别对球阀进行了三维稳态及不同开启速度下的瞬态数值仿真。
　　(3)分别分析了不同开度及不同开启速度对球阀内部流动特性及流阻特性的影响，并对球阀的流阻特性进行了性能预测。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源及意义

1．2 球阀种类介绍

1．3 球阀国内外研究现状

1．4 本论文的研究内容

第二章 球阀内部流动特性的数值模拟理论基础

2．1 球阀的基本工作原理

2．2 数学模型

2．3 湍流模型

2．4 壁面函数

2．5 用户自定义函数UDF

2．6 动网格理论

2．6．1 动网格守恒方程

2．6．2 自适应网格

2．7 本章小结

第三章 球阀开启过程的性能实验

3．1 球阀的特性实验

3．1．1 球阀特性实验的基本参数

3．1．2 阀门实验系统

3．1．3 球阀特性实验的实验方法

3．1．4 瞬态工况下流量曲线的拟合

3．2 球阀稳态与瞬态工况下实验结果及分析

3．3 本章小结

第四章 球阀内部流动的数值模拟计算

4．1 计算流体力学求解过程

4．2 球阀的三维建模及流道网格划分

4．2．1 球阀的三维建模

4．2．2 球阀网格划分

4．3 计算结果与实验结果的处理方法

4．4 数值计算的边界条件与数值方法

4．5 不同开度下球阀内部流动的稳态数值计算和分析

4．5．1 不同开度下球阀内部流场分析

4．5．2 稳态工况下数值计算的流阻特性

4．6 不同开启速度下球阀内部流动的瞬态数值计算与分析

4．6．1 瞬态工况下球阀内部流场分析

4．6．2 瞬态工况下计算的球阀流阻特性

4．7 开启速度对球阀流阻特性的影响

4．8 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间的研究成果