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低压损气动角座阀的分析与研究

宋博文  
【摘要】:气动角座阀作为截止阀的一种被广泛的应用于自动控制系统中,是一种小型的工业控制阀门,具有动作灵敏、反应迅速的特点。在经过查阅相关文献资料后发现,国内外对气动角座阀的研究较少,尤其对气动角座阀的动态启闭特性的研究尚属空白。为此,本文利用数值模拟技术对阀门的稳态特性和动态特性进行了研究,并分析了不同工况及条件对阀门性能的影响。主要内容如下:1、调研国内外相关文献资料,对阀门的分类,功用,特性有了整体的了解,学习研究阀门的常用方法,对气动角座阀的工作原理进行了剖析,确定了数值模拟技术以及实验测试相结合的研究方案。2、对气动角座阀的整体结构设计进行了二维以及三维建模,并对阀门的流体计算域进行了几何建模和网格划分,并利用实验测试和数值模拟相结合的方式对网格无关性进行了验证。基于计算流体力学基本原理知识使用Fluent软件选用合适的数值模拟方案;在阀门流体计算域模型的基础上增加了气动部件模型及阀杆运动部分,利用动网格技术和UDF定义宏功能实现了气动角座阀的动态启闭过程仿真。3、通过构建多个角座结构的几何模型分别进行数值模拟来对角座阀稳态的流场特性和流通特性进行对比分析。分别研究了不同边界条件,不同阀门开度,不同阀杆倾角和不同阀门安装方向对角座阀稳态特性的影响。结果表明,边界条件对稳态特性影响极小,随着阀门开度增大流通性能增强,但到一定程度时提升幅度有限,阀杆倾角在50°左右时稳态特性最佳以及阀门正接时其流场特性优于反接。4、研究了气动角座阀动态启闭特性,通过阀门启闭过程中流场分布,阀杆位移,阀门进出口流量以及阀芯受力的变化,对气动角座阀的启闭过程得到较为清晰而全面的认识。5、分析了不同进气压力和弹簧刚度对阀门启闭过程的影响。分别总结了进气压力对阀门开启过程的流场特性和阀杆运动规律的影响;不同弹簧刚度对阀门关闭过程的流场特性和阀杆运动规律以及水锤效应的影响。本文的研究成果对气动角座阀的结构设计及优化和后续的动态仿真工作提供了依据,具有学术研究意义和工程应用价值。


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