基于DES的蝶阀内部非定常流动模拟及力矩特性分析

摘要

蝶阀具有结构简单、适用范围广等特点，广泛应用于能源输送、化学工程、水利工程等管路运输系统中，用来控制管路系统内流体的流动。在阀蝶阀的调控过程中，阀板力矩和阀后流场都会随着阀门的开度发生变化。进而会影响蝶阀在实际使用过程中的工作可靠性。因此需要针对阀门的内部流动特性及阀门的力矩特性进行深入研究，为蝶阀的设计和使用提供参考。　　本论文以DN50蝶阀为研究对象，在原模型的基础上对蝶阀阀板进行简化，得到不同轴径比(Z=0.1、Z=0.2、Z=0.4)和不同圆顶度(R=1、R=2.5、R=5)的阀板，搭建了阀门特性实验台，测试了不同开度下蝶阀的流量、进出口压力及阀板力矩。并通过将数值模拟结果与实验进行对比，验证了数值模拟的准确性。　　通过数值模拟和实验研究，得到了如下结果:　　1、流阻系数方面:蝶阀流量系数随着开度的增大先增大后不变，阻力系数随着开度的增大先减小后不变。随着阀板轴径比的增大，流量系数逐渐减小，阻力系数逐渐增大;随着阀板圆顶度的增大，流量系数逐渐增大，阻力系数逐渐减小。　　2、阀板力矩方面:蝶阀从全开到全关的过程中，阀板受到的动水力矩先增加后减小。力矩波动在阀门开度范围为20％～60％时的处于较大值。随着阀板轴径比的增加，阀板受到的动水力矩逐渐减小，力矩波动强度减小。阀板圆顶度对蝶阀力矩的影响较小，阀门开度小于50％时，蝶阀力矩会随着圆顶度的增大而增大;阀门开度大于50％时，蝶阀力矩会随着圆顶度的增大而减小。阀板力矩的最大值和波动的最大值都随着圆顶度的增大而减小。　　3、阀后流动方面:阀后4D前速度分布不均匀，处在恢复流区域中，在此区域中一般会出现一个波峰或波谷，之后达到远尾流区，速度分布更加均匀。轴径比和圆顶度都只在大开度下会对阀后的流动产生影响，且上述两个数值越大，阀后速度和波动强度明显增加。　　4、根据不同轴径比和不同圆顶度蝶阀特性，提出了一种蝶阀改进结构，与原始结构相比，流量系数显著提升，阀门调控区间显著增加，阻力系数减小，大开度下的蝶阀力矩明显减小，且蝶阀上的压力分布更加均匀，为蝶阀的优化提供了参考。

目录

声明

摘要

1．1课题研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1流动特性研究

1．2．2受力分析

1．3本文研究内容

第二章蝶阀数值模拟及实验

2．1蝶阀流体计算域建立

2．2网格划分

2．2．1网格划分

2．2．2网格无关性验证

2．3数值模拟

2．3．1阀门内部控制方程

2．3．2 DES湍流模型

2．3．3边界条件

2．4实验方法

2．4．1蝶阀实验系统

2．4．2实验步骤

2．4．3模拟准确性验证

2．5本章小结

第三章转轴直径对蝶阀特性影响研究

3．2．1流量系数

3．2．2阻力系数

3．3阀板力矩特性

3．3．1时均力矩特性

3．3．2瞬时力矩波动

3．3．3阀板压力分布

3．3．4阀板压力波动

3．3．5阀板周围流场分布

3．4阀后流动特性分析

3．4．1阀后流动不稳定

3．4．2阀后速度不稳定区域

3．5本章小结

第四章圆顶度对蝶阀特性影响研究及结构改进

4．2．1流量系数

4．2．2阻力系数

4．3阀板力矩特性

4．3．1时均力矩特性

4．3．2瞬时力矩波动

4．3．3阀板压力分布

4．3．4瞬时力矩波动

4．3．5阀板周围流场分布

4．4阀后流动特性分析

4．4．1阀后时均流动特性

4．4．2流动不稳定

4．5蝶阀结构改进

4．5．1改进结构建立

4．5．2流阻特性分析

4．5．3蝶阀力矩特性分析

4．5．4蝶阀压力分布

4．6本章小结

5．1总结

5．2工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果