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蜡式温控阀流场模拟优化及元件改进方法

翟鹏程  
【摘要】: 蜡式温控阀是一种属于自力式的温度和流量的调节装置,可自动控制系统的温度,其依靠感温包内感温介质随温度变化所产生的膨胀力来驱动阀门启闭或开度,从而调节进入阀门的冷、热流体流量,控制流体出口温度。由于其具有结构简单、价格便宜、动作可靠、节能性高、无需外加动力、自动化程度高等诸多优点,因此广泛应用于各类热力设备,如冶金、化工及各种民用装置等。 本文针对当前结构最典型、应用最广泛的三通型蜡式温控阀,从其内部流场情况和关键元件改进的两个途径来对之进行研究和优化设计,从而实现提高蜡式温控阀工作性能的研究目的,这对于同类产品的改进设计具有借鉴意义。 随着电子计算机和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)软件技术的不断发展与完善,目前根据计算流体力学理论进行数值模拟已成为化工过程装备内部流动及其性能研究的主要方法与手段之一。首先,本文根据蜡式温控阀内部的实际结构的特征和参数,采用三维设计软件建立其内部流场的三维物理模型;之后,应用FLUENT软件对不同工作情况下的数值模型进行三维数值模拟,从而得到其内部流场参数的可视化图形结果,其中将冷、热液入口流量相同工作情况下的求解结果作为重点研究对象进行分析;然后,根据求解结果深入探讨了其内部流场规律、存在的问题以及产生原因,这些问题直接影响到感温包的感温精度和响应时间,从而影响蜡式温控阀的工作性能;再然后,针对发现的问题,创新性的通过改进阀盖形状和调节筒内部结构优化了阀内流场,最后将优化后的阀内流场进行验证性模拟,进而证实了本文所提出的优化设计的合理性。 最后,本文结合有关新技术和新产品,针对蜡式温控阀的关键控温元件(即控温弹簧组),通过公式推导和设计示例详述了对其进行改进设计的方法;另外,对于关键感温元件(即感温包)提出了两方面可行性的建议。


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