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高压差迷宫式多级降压调节阀内部流动特性分析研究

徐晓刚  
【摘要】:本文是在重庆市技术创新项目“高压降调节阀优化研究”(编号:2012-01-026)的支持下完成的。现代工业生产规模化的快速发展对调节阀提出了以高压降为主的一系列愈发苛刻的要求,某些使用场合压差高达40MPa以上。迷宫式调节阀作为降压能力最强的多级降压式调节阀,广泛的应用于石油、化工及电力等行业中的高压差与洁净流体介质场合。但在该领域国内研发大多以仿制为主,多次的样机加工和试验使研发周期与成本大大增加,极不利于技术创新水平的提高。研究也大都停留在原理分析或试验验证的初步阶段,尤其是对高压差条件下调节阀内部的可压缩流动几乎没有深入的研究,无法提供有效的参考。所以在这一领域我国正处于需求量不断上升,而研制水平相对滞后,长期依赖进口的不利局面。本文以我校与国内三大调节阀生产企业之一的重庆川仪调节阀公司合作项目为研究对象,开展了以下研究: (1)介绍了迷宫式调节阀的结构特征,分析了迷宫盘片中多级转折流道实现逐级降压、控制流速的工作原理。通过引入节流件流速与出口能量限制标准,分析了盘片降压级数与节流件流体出口能量之间的关系。根据可压缩流体力学基本理论,对不可压缩条件下的迷宫盘片降压级数计算公式进行了推导,并通过修正得出了考虑流速变化因素的改进公式与可压缩条件下的计算公式。 (2)借助商用软件CFX对迷宫盘片内部的可压缩流动进行三维湍流数值模拟,得出了盘片内部流场的压力、速度及密度分布等具体信息,分析了迷宫流道中高温蒸汽介质的流动状况。通过不同压差工况下的仿真实验,研究了迷宫盘片内部流动在不同工况下的变化规律。通过对不同降压级数盘片模型进行仿真实验,分析了降压级数的改变对盘片内部流动的影响规律。通过对不同流道数目与截面参数的迷宫盘片模型进行仿真实验,研究了流道数目与截面参数的改变对盘片内部流动的影响。 (3)推导了调节阀流量系数及可压缩条件下的流量计算公式。对迷宫式调节阀的流通能力分别进行了数值模拟仿真实验与试验测试研究。根据绝热节流温度效应理论,对迷宫式调节阀多级节流降压过程中的温度变化效应进行了理论及仿真实验研究,分析了其产生的机理。 本研究可为相关产品的研发与设计提供一定的参考。


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