高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥流動及流固耦合特性仿真研究.pdf

1、調(diào)節(jié)閥是一種非常通用的設(shè)備，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域,例如:航空航天事業(yè)、石油電力、國防建設(shè)、管道運輸?shù)榷鄠€方面。其主要用途是通過改變閥門的閥桿的行程,來調(diào)節(jié)控制液體介質(zhì)的壓力、流量、溫度等工藝參數(shù)的變化。近年來,隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；?、自動化及信息化的快速發(fā)展,對調(diào)節(jié)閥提出了以高溫、高壓差、低噪聲及抗空化為主的一系列苛刻要求，與此同時,對髙壓差調(diào)節(jié)閥的要求不再局限于調(diào)控的安全和可靠,在其節(jié)能性、準確性以及靈敏度等方面的要求

2、也越來越髙。迷宮閥作為降壓能力較強的多級降壓式調(diào)節(jié)閥，因為其較強的降壓能力、較低的噪聲及合理的安全性及壽命，在電力、石油及化工領(lǐng)域應(yīng)用越來越多。但是國內(nèi)對迷宮閥的研究起步較晚，雖然國內(nèi)許多的廠商也能夠生產(chǎn)各系列的高壓差的迷宮閥，卻絕大多數(shù)都是引進或者仿制國外產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對迷宮閥缺少必要的理論研究與水力實驗，不僅導致多數(shù)高壓差迷宮閥產(chǎn)品的調(diào)節(jié)性能、精度及安全不能滿足高要求，而且還制約了迷宮閥產(chǎn)品繼續(xù)研發(fā)和優(yōu)化的能力，非常不利于國內(nèi)高壓差調(diào)節(jié)

3、閥的發(fā)展。因此,本文從水力及流固耦合的角度對高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥閥內(nèi)介質(zhì)的流動特性和流固耦合特性進行分析和研究，為高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥選型、繼續(xù)研發(fā)及優(yōu)化提供一定的理論指導和試驗數(shù)據(jù)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①闡述工業(yè)控制領(lǐng)域的快速發(fā)展及對調(diào)節(jié)閥的新要求，較為系統(tǒng)簡紹了調(diào)節(jié)閥的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展方向，同時本文重點介紹了高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥的起源、發(fā)展及結(jié)構(gòu)特點，國內(nèi)外在其流體、結(jié)構(gòu)及流固耦合領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，為較為系統(tǒng)的了解和掌握高壓

4、差迷宮式調(diào)節(jié)閥的原理和研究方向的確定奠定基礎(chǔ)。②為采用有限元方法實現(xiàn)對高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)、內(nèi)部介質(zhì)的流動及流固耦合的仿真分析，本文較為詳細的介紹了計算流體力學的控制方程、湍流模型、計算區(qū)域的離散與求解控制原理及注意事項，同時對閥門結(jié)構(gòu)的強度校核的理論、流固耦合分析的類型及計算方式也做了介紹，為高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥的強度校核、流動特性及流固耦合特性的研究提供了理論支撐。③高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥的三維幾何模型建立，計算中的幾何模型與真實模型

5、的趨近程度，對以幾何模型為基礎(chǔ)，仿真模擬現(xiàn)實的逼真程度有著重要的影響。為更加逼真的仿真模擬現(xiàn)實，并且更加容易的根據(jù)仿真結(jié)果對閥門的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，采用三維建模軟件建立參數(shù)化的閥門幾何模型，并根據(jù)閥門的幾何模型反向切除生成閥門的流體域的幾何模型。④高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥應(yīng)力分析計算及強度校核，針對高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥介質(zhì)壓力高、應(yīng)力條件復雜而使用工況對閥門安全性要求較高、擬采用分析設(shè)計方法的原則，并用有限單元法計算閥門結(jié)構(gòu)內(nèi)部任意一點的應(yīng)力、應(yīng)變

6、與位移，從而完成閥門強度更為科學和安全的校核，為閥門結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提高參考，提高閥門的安全性。⑤高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥內(nèi)部介質(zhì)流動特性研究，高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥內(nèi)部介質(zhì)的流動特性的研究主要包括兩方面的內(nèi)容：a.迷宮式流道介質(zhì)流動特性的研究，擬采用計算流體力學和實驗相結(jié)合的方式，研究迷宮式流道的降壓級數(shù)、彎道形式、軸向及徑向?qū)挾取⒘鞯郎疃鹊冉Y(jié)構(gòu)參數(shù)對流動特性，特別是流阻影響規(guī)律，并分析了內(nèi)在的原因。 b.整個閥門內(nèi)部介質(zhì)流動特性的研究，采用了計算流

7、體力學和實驗相結(jié)合的方式，以常溫下的水為其內(nèi)部流動的介質(zhì)，在迷宮式流道形式和結(jié)構(gòu)確定的情況下，研究不同壓差時，內(nèi)部介質(zhì)的速度、壓力、溫度的大小及分布和迷宮式流道的數(shù)量及分布對閥門流量系數(shù)及流量特性的影響及數(shù)學關(guān)系。⑥高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥流固耦合特性研究，高壓差迷宮式調(diào)節(jié)閥的一般使用在壓力、壓差都較大的工況下，而且迷宮式流道的結(jié)構(gòu)尺寸又比較的小，如果對其流量系數(shù)及調(diào)節(jié)精度較高時，高壓力對迷宮式流道的結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響較大，進而對調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)