调节阀设计与流动特性研究开题报告(2)
2.2 现代工业对调节阀的要求及发展方向
调节阀是工业自动化仪表中使用问题最多的产品，也是更新换代最慢的产品，几十年一贯制，到现在，还是以五吹冰十年代水平的产品为主导产品(占70％左右)，可见，产品陈旧落后。然而人们已经不再满足于传统的生产方式，开始用数字化、微机化等先进技术进行革新。智能仪表的研制和使用更为工业自动化开创了美好的未来。另外，随着现代化工业的大规模发展，对工业品的要求也越来越高，范围也越来越广。作为工业自动化控制系统的“手脚”，调节阀也将面临新的课题，有待创新、提高。随着工业自动化及现场总线技术的快速发展，对低成本、高可靠性的智能化阀门的要求越来越迫切，阀门除了双向通讯功能，还应具有自诊断功能，流量特性人机对话功能，存储文修记录等智能化功能。其发展趋势是机电一体化、智能型与总线制接口，同时向精小型、节能、节材以及高温高压大压差方向发展。
2.3 调节阀的研究现状
90年代开始，在引进和消化国外的先进技术后，我国的调节阀工业飞速发展，一些合资和外资的调节阀生产厂相继生产出有特色的产品，填补了一些特殊工业控制领域的空白，使我国调节阀工业水平大大提高，缩短了与国外先进产品的差距。虽然国内各厂家也进行了一定的产品更新换代及开发，但主要还是停留在引进国外先进厂家的成熟产品阶段。针对这些情况，国内的许多专家学者做了大量的工作。浙江大学工控所的张玉润等人[3-5]对调节阀流量特性对分流控制性能的作用进行了探索。西南石油大学石章华[6]则对节流阀的流场进行了分析，得出楔形节流阀寿命明显高于锥形节流阀，并指出楔形节流阀的结构优化参数。对一些大型调节阀进行流场分析的主要有上海理工大学的陶正良[7]，他以某电站的HAV角阀作为研究对象，应用CFD方法进行研究。中科院的徐克鹏[8]用试验和数值模拟方法对大型汽轮机主汽调节阀的气动性能和振动性进行了初步研究。兰州理工大学的张伟政[9]对某套筒型调节阀进行了类似的CFD方法研究。哈尔滨工程大学的吴石[10,11]对调节阀也进行了一些研究。这些学者对普通液压或气动调节阀的研究比较多，也比较成熟。高性能调节阀方面，最先进技术都被国外公司所垄断，包括美国的Fisher公司、日本的Koso株式会社和山武株式会社等。
2.4 计算流体力学（CFD）概述
CFD数值模拟，即计算流体力学数值模拟，是以电子计算机为手段，通过计算流体力学的数值计算和图像显示，达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究目的的方法。CFD数值模拟实际上可以理解为用计算机来做实验，可以形象地再现流动情景。
CFD数值模拟作为一种工程研究和设计手段开始于70年代，当时仅应用于航空业和核工业中，因为受到计算机硬件和计算费用的制约，成本高昂。随着计算机技术的飞跃发展，计算机成本逐渐下降，性能不断改进，在80年代初期，CFD数值模拟已经进入汽车制造业和化工领域，但是它仍未能得到广泛应用。只是在近十几年中，计算机的计算速度和存贮能力已有大幅度提高，而计算机硬件成本反而急剧下降。很多工程技术人员都能够很容易使用计算机工作台，从而在一般工程设计中得到比较广泛的应用。所有涉及流体、热量、分子输运等现象相关的问题，都可以通过计算流体力学的方法进行分析和模拟，因此CFD数值模拟的应用领域也必将越来越广泛。
2.5 国内外CFD技术应用于阀门的研究状况
近几年来,一些发达国家已经在这方面做了大量的研究，并且已经证明CFD技术可以指导阀门的设计。国外,日本在阀门的流动特性方面做了大量的研究, Oshima等人[12]主要利用实验研究了锥阀内部的气穴以及噪声的影响,采用的是半切模型,分内流式和外流式两种情况。之后,进一步研究了阀芯顶角、阀座倒角大小、阀芯开度、介质温度温等因素对流动特性的影响。比较分析了两种不同介质(水和油)下的气穴现象的试验结果。英国Bath大学的Johnston等人[13]对平板阀的流量特性进行了非常详细的试验研究,介质为水,考虑了阀芯顶角、阀芯和阀座的重合长度等因素对流量特性的影响,对于水压阀的设计具有一定的参考价值。英国GECALTHOM公司的E.N.Jal MRAeS(Ceng)工程师[14]对分析了高压蒸汽涡轮阀门内部三文粘性流场,他应用了高雷诺数的方程模型,并进行不同开度(20%,40%,60%,80%,100%)下的稳态模拟计算,并进行了分析对比,获得了压力场、速度场的分布情况。
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