调节阀设计与流动特性研究开题报告(3)
国内,近年来,通过研究流道水力特性,来减少能量损失的CFD计算得到了较快发展,很多高等院校以及研究所己经对阀门流动特性进行了很多研究,但是CFD技术应用于企业,指导阀门设计的例子还不多。西安交通大学的曹秉刚教授[15,16]用边界元方法对锥阀内部流场进行了数值解析,并于1995年设计了专门的锥阀阀芯锥面压强分布与液动力的实验装置,通过实验研究了内流式锥阀稳态液动力和阀芯锥面压强分布的规律。燕山大学的高殿荣,王益群[17]对液压控制锥阀内部流场分布做了大量的研究,重点研究了产生能量损耗以及流体噪声的原因,并用DPW进行了可视化分析,研究结果对于低能耗,低噪声锥阀的设计有一定的指导作用。王国志、王艳珍等人[18]对水压滑阀进行了内部三文流场的计算,分析了内部流动状态以及阀芯受力情况,并对计算结果进行了可视化分析。
3 研究的基本内容
3.1 调节阀的Kv值计算
在流程工业中，每个工位的调节阀流量、介质、压力、温度等参数千差万别，而调节阀的流量系数又是在lOOkPa压差下，介质为常温水时测试的，因而必须进行Kv值计算。把各种实际参数代入相应的Kv值计算公式中，算出Kv值，即把在不同的工作条件下所需要的流量转化为该条件下所需要的Kv值，于是根据计算出的kv值与阀门具有的额定kv值比较，从而决定阀门的额定Kv值与口径，最后还应进行有关验算，进一步验证所选阀是否能满足工作要求[19]。
3.2 阀体、阀盖、阀内件及填料的选择
3.2.1 阀体材料选择
阀体材料选择要考虑三个因素：介质的腐蚀成分、温度、压力。
3.2.2 阀内件材料选择
阀内件材料的选择除了要考虑介质的腐蚀成分、温度、压力外，还要考虑在液体条件下的闪蒸和汽蚀。选材方式跟偏心旋转阀等，影响其角位移的切向合力矩称为不平衡力。
3.2.3 上阀盖选择
上阀盖的材料与阀体材料一致。
3.2.4 填料选择
主要考虑温度条件。
3.3 执行机构及附件选择
执行机构选择主要是考虑调节阀受流体作用力影响，产生使阀芯上下移动脚轴向力或使阀芯旋转的切向力。
3.4 调节阀流动特性的CFD研究
①应用三文建模软件建立各开度下的阀门流场模型，并通过前处理器分别划分计算网格。
②应用CFD软件对各开度下的阀门流场网格模型进行数值模拟计算，得到调节阀的流量特性曲线，与理论计算的数据及文献资料进行比较分析，验证数值模拟结果的可靠性。
③流场可视化分析，通过内部流场的可视化图形，如压力值分布云图、速度矢量图等，反映流体的详细流动状况。
④改变阀门流向进行数值模拟计算，分析不同流向对调节阀的影响。
⑤对流道需要改进的部位进行优化，并对优化模型进行计算求解，比较分析得出最优流道模型，提出流道优化建议。
4 课题研究的难点及创新点
4.1 难点
CFD数值模拟中对数学方程进行离散化处理时，需要对计算中所遇到的稳定性、收敛性等进行分析，寻求高精度、高分辨率、高效率的计算方法。这些分析方法大部分对线性方程是有效的，对非线性方程来说只有启发性，没有完整的理论，对于边界条件影响的分析，困难就更大一些。所以计算方法本身的正确与可靠也要通过实际计算加以确定，为了验证计算结果的正确性，还必须与相应的实验研究结果进行比较。
4.2 创新点
①利用CFD技术，在满足工作条件的前提下，减小调节阀内部流道的流通面积，从而减少流动的能量损失。
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