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V型阀口参数化设计与流场仿真研究

焦喜娟  
【摘要】:V型调节球阀属于调节类控制阀的一种,因为其具有近似等百分比流量特性而被广泛地应用于造纸、化工、冶金等工业行业之中。V型阀口作为V型调节球阀阀芯的关键组成部分,其结构对于阀门的流量特性以及阀内流体介质的流动状态有非常大的影响,因此,对V型阀口进行参数化设计,研究其结构参数以及工作参数对V型调节球阀流量特性以及内部流场的影响,能够为V型调节球阀的研究与应用提供一定的参考。文章以DN50,PN1.6的V型调节球阀为研究对象,针对V型阀口结构及其内部流场采用理论分析与数值模拟计算的方法进行了研究,主要内容如下:(1)对调节阀的分类、流量特性进行简单介绍;同时,对V型调节球阀的结构与工作原理进行介绍,并对其发展以及研究状况进行了简介;(2)对V型调节球阀的V型阀口进行参数化设计,推导了V型阀口主要结构参数和通流面积之间的近似计算关系式,并分析了V型阀口角度、V型阀口至旋转中心的距离对V型调节球阀流量特性的影响;(3)利用FLUENT仿真软件,采用标准κ-ε、Realizableκ-ε、RNGκ-ε、SSTκ-ω这四种湍流模型对V型阀口角度为60°的阀门流道模型进行了仿真计算,比较分析了四种湍流模型收敛速度的快慢、收敛过程的平稳性,不同湍流模型下的流量特性、流阻特性以及四种湍流模型下阀门内部压力场、速度场的异同;(4)在采用不同湍流模型比较计算的基础上,采用RNGκ-ε湍流模型与Zwart Gerber Belamri空化模型对V型调节球阀内的空化现象进行仿真预测。首先针对V型阀口角度为60°的阀门流道模型,研究工作参数即阀前后压差对阀内发生空化的区域以及空化强度的影响;其次,研究了V型阀口角度对于阀内空化的影响,采用V型阀口角度为30°和60°的阀门流道模型,对比分析了在同一阀前后压差下阀内空化的区域与空化强度的差异;(5)针对V型调节球阀流场仿真问题,对流场仿真软件FLUENT和前处理软件ICEM CFD进行了二次开发,设计一种V型调节球阀流场参数化仿真平台。


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