發(fā)布時間：2017-08-07 16:04

  本文關鍵詞：調節(jié)閥流量特性及動態(tài)性能研究

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【摘要】：調節(jié)閥又稱控制閥,是工藝管路中的最終控制元件,在各個行業(yè)中有著廣泛的應用。隨著市場的快速發(fā)展,調節(jié)閥的需求量在不斷的增加,同時對調節(jié)閥產品的要求也越來越高。而現(xiàn)有的調節(jié)閥在應用過程中存在著諸多問題,如泄漏大、易堵卡、流量系數(shù)小、調節(jié)范圍小、振動,嘯叫等等。這對調節(jié)閥的發(fā)展是一個很大的制約。本論文就是從調節(jié)閥的整體結構出發(fā),分析調節(jié)閥的內流特性,找到影響調節(jié)閥動態(tài)特性的關鍵因素,這對調節(jié)閥的發(fā)展有著重要的理論意義和實用價值。本文所做的主要工作有： (1)通過介紹調節(jié)閥的發(fā)展歷史以及國內外的研究現(xiàn)狀,分析出我國調節(jié)閥存在的問題,進而確立本課題研究的主要內容、技術路線及創(chuàng)新之處。 (2)介紹調節(jié)閥的結構原理,通過對流體力學中伯努利方程分析可知,調節(jié)閥在實際工況中相當于一個局部阻力可變的節(jié)流元件。文中簡化并推導出調節(jié)閥流量方程,并根據其固有流量特性(快開、線性、等百分比、拋物線)的分類,推導不同流量特性下的閥口過流面積與流量之間的關系式。 (3)通過三維建模軟件對所設計的套筒式調節(jié)閥內部流場進行建模,并通過CFD仿真軟件FLUENT對套筒式調節(jié)閥的內部流場進行數(shù)值模擬。通過仿真結果與理論計算值對比,分析調節(jié)閥的流量特性。 在理想狀態(tài)下計算的可視化結果中,當調節(jié)閥的閥口處于全開狀態(tài)時,閥口過流面積大,閥芯前后的壓力損失比較小,進出口之間的壓力變換比較平緩,相對流速較��；當閥口過流面積減小時,流阻增大,閥芯前后的壓力損失也相應增大,閥口處的流速增加,流場中渦流和空穴現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率明顯增多。 (4)套筒式調節(jié)閥在動作過程中,由于介質是直接作用在閥芯上的,這樣就會使得閥芯承載的不平衡力明顯增加。當閥芯設計中采用平衡孔后,介質通過平衡孔進入閥芯背面,即閥芯上下兩個容積腔溝通,閥芯所受的不平衡力明顯減小。為研究調節(jié)閥的動態(tài)特性,本論文首先通過理論分析,將帶平衡孔的套筒式調節(jié)閥模型進行簡化,建立數(shù)學模型,推導出調節(jié)閥在工作點附近的動態(tài)特性；其次,通過Fluent動網格技術進行仿真研究,模擬調節(jié)閥在開啟、關閉過程中的動態(tài)性能,得到閥口開度與閥芯受力變化曲線圖；最后,通過調節(jié)閥流量實驗臺與動態(tài)性能測試儀的結合使用,得到調節(jié)閥開啟、關閉過程中動態(tài)性能曲線。將理論計算、仿真結果、試驗數(shù)據進行對比,分析調節(jié)閥開啟過程中振動的原因,并提出了降低噪音、振動的解決辦法。
【關鍵詞】：調節(jié)閥 流量特性 套筒 CFD 動網格 動態(tài)特性
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH134
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 插圖索引11-13
• 附表索引13-14
• 第1章 緒論14-22
• 1.1 調節(jié)閥概述14-15
• 1.2 調節(jié)閥研究現(xiàn)狀及發(fā)展15-18
• 1.2.1 調節(jié)閥的發(fā)展歷史15
• 1.2.2 國內調節(jié)閥發(fā)展及研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.3 國外調節(jié)閥研究現(xiàn)狀17
• 1.2.4 調節(jié)閥的發(fā)展趨勢17-18
• 1.3 課題研究背景及意義18-19
• 1.3.1 課題研究的背景18-19
• 1.3.2 課題研究的意義19
• 1.4 課題研究的主要內容19-21
• 1.4.1 課題主要內容及技術路線19-21
• 1.4.2 課題研究的主要思路和方法21
• 1.5 本章小結21-22
• 第2章 計算流體力學基礎及動網格技術22-31
• 2.1 計算流體力學概述22-25
• 2.1.1 計算流體力學定義22
• 2.1.2 CFD求解過程22-25
• 2.2 計算流體力學基本控制方程25-26
• 2.2.1 質量守恒方程25
• 2.2.2 動量守恒方程25-26
• 2.2.3 伯努利方程26
• 2.3 湍流模型基礎26-28
• 2.3.1 Spalan-Allnlaras模型應用范圍27
• 2.3.2 κ-ε模型27-28
• 2.3.3 κ-ω模型28
• 2.3.4 雷諾應力模型28
• 2.3.5 LES大渦模擬模型28
• 2.4 動網格技術28-30
• 2.4.1 動網格介紹29
• 2.4.2 動網格更新方法29-30
• 2.5 小結30-31
• 第3章 調節(jié)閥結構原理及流量特性31-43
• 3.1 調節(jié)閥的工作原理31-32
• 3.2 調節(jié)閥的結構類型32
• 3.2.1 按用途和作用分類32
• 3.2.2 按驅動方式分類32
• 3.2.3 按行程特點分類32
• 3.3 調節(jié)閥流量方程32-36
• 3.4 調節(jié)閥流量特性分析36-39
• 3.4.1 調節(jié)閥可調比36-37
• 3.4.2 調節(jié)閥固有流量特性37-39
• 3.4.3 調節(jié)閥工作流量特性39
• 3.5 套筒式調節(jié)閥計算與分析39-42
• 3.5.1 套筒式調節(jié)閥39-41
• 3.5.2 等百分比型套筒閥口計算41-42
• 3.6 小結42-43
• 第4章 調節(jié)閥穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬43-52
• 4.1 調節(jié)閥流道模型的建立43
• 4.2 網格劃分43-44
• 4.3 求解器相關設置44-45
• 4.4 調節(jié)閥內部流場可視化分析45-49
• 4.4.1 對稱面壓力云圖分析46-47
• 4.4.2 對稱面速度云圖分析47-48
• 4.4.3 對稱面速度云圖、壓力云圖綜合分析48-49
• 4.4.4 對稱面速度矢量圖分析49
• 4.5 穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬與理論計算值對比分析49-50
• 4.6 小結50-52
• 第5章 調節(jié)閥動態(tài)特性分析52-67
• 5.1 調節(jié)閥動態(tài)特性分析方法52-55
• 5.2 動網格相關設置55-57
• 5.2.1 動網格參數(shù)設置56
• 5.2.2 動網格運動方式的定義56-57
• 5.3 閥芯受力動態(tài)分析57-59
• 5.3.1 開啟過程閥芯受力分析58
• 5.3.2 關閉過程閥芯受力分析58-59
• 5.4 調節(jié)閥動態(tài)特性試驗59-65
• 5.4.1 步進精度結果分析60-62
• 5.4.2 執(zhí)行器性能分析62-63
• 5.4.3 變送器性能分析63-64
• 5.4.4 閥芯位置與氣動信號特性分析64-65
• 5.5 仿真結果與試驗數(shù)據綜合分析65-66
• 5.6 小結66-67
• 結論67-68
• 展望68-69
• 參考文獻69-72
• 致謝72-73
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄73

【參考文獻】

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本文編號：635483