【摘要】：球閥由于結(jié)構(gòu)可靠廣泛應(yīng)用于管道水力輸送系統(tǒng)中,輸送的介質(zhì)中存在固體顆粒,固體顆粒在水流的驅(qū)動(dòng)下撞擊在閥門壁面,使得球閥面臨磨損破壞的風(fēng)險(xiǎn)。由于球閥啟閉過程或者調(diào)節(jié)流量時(shí)會(huì)使過流截面產(chǎn)生變化進(jìn)而使閥門內(nèi)部?jī)上嗔鲃?dòng)情況發(fā)生改變,致使固體顆粒在流道內(nèi)部呈現(xiàn)出不同的分布特征,進(jìn)而會(huì)造使球閥及管道主要部件壁面形成不同的磨損特性。另外,固體顆粒直徑的變化以及球閥放置方式的改變同樣會(huì)影響球閥內(nèi)部固液兩相的流動(dòng)特性。因此,本文采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法,通過改變球閥的開度,顆粒的直徑以及放置方式研究閥門內(nèi)部的固液兩相流動(dòng)特性和磨損的分布情況。為優(yōu)化兩相球閥結(jié)構(gòu)以及為球閥的防磨損設(shè)計(jì)提供理論支撐。本文主要內(nèi)容如下:(1)不同相對(duì)開度下球閥內(nèi)部固液兩相流動(dòng)和磨損特性研究:通過對(duì)流體的計(jì)算源方程進(jìn)行確定,對(duì)固體顆粒進(jìn)行受力分析,并加入磨損計(jì)算公式,形成了基于CFD-DEM耦合方法的流程閥門兩相流動(dòng)及磨損計(jì)算模型,并進(jìn)行了驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上對(duì)球閥開展流動(dòng)和磨損計(jì)算研究,其中對(duì)入口速度為3m/s,顆粒質(zhì)量流量為0.45kg/s,相對(duì)開度分別為20%、35%、50%、65%、80%,顆粒直徑分別為50μm、100μm、150μm、250μm、350μm、500μm。通過分析計(jì)算結(jié)果可知:球閥壁面的磨損主要出現(xiàn)在閥芯流道處,下游管道,球體壁面和閥腔內(nèi)壁面;在同一入口速度下隨著相對(duì)開度的增大顆粒從高速射流獲得的動(dòng)能減小,閥芯以及管道表面的磨損程度會(huì)隨之減小;在相對(duì)開度為20%和35%時(shí),磨損速率會(huì)隨著顆粒直徑的增大而減小。而相對(duì)開度大于35%時(shí),磨損速率會(huì)先減小后增加。(2)放置方式對(duì)球閥主要部件壁面磨損的影響:搭建了兩相流動(dòng)磨損實(shí)驗(yàn)臺(tái)和設(shè)計(jì)了球閥實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⒄归_了球閥內(nèi)壁面固液兩相流致磨損實(shí)驗(yàn)研究,并開展了數(shù)值計(jì)算。閥門開啟角度為50°、60°、70°、80°,放置方式分別為水平和豎直方式。通過將實(shí)驗(yàn)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)和數(shù)值計(jì)算的結(jié)果對(duì)比,進(jìn)一步驗(yàn)證了計(jì)算的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明:球閥的放置方式對(duì)閥門內(nèi)部的兩相流動(dòng)和磨損特性有著較大的影響;在小開度下,磨損片壁面會(huì)在顆粒的沖擊下形成波紋狀紋理;放置方式由豎直改變?yōu)樗綍r(shí),由于重力方向的改變使得顆粒分布容易聚集在部分壁面附近形成保護(hù)層使得磨損速率的減小。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TV134
【圖文】：

碩士學(xué)位論文 不同開度下球閥內(nèi)部固液兩相流及鋼材料公式中 C=2.17×10-7、nC=2.41、R1=5.3983、R2=10.1068、R3=R5=1.4234，BH 為布氏硬度，F(xiàn)S是顆粒形狀系數(shù)（當(dāng)固體顆粒為球形時(shí)取 1），up是顆粒速度。算域的建立和參數(shù)設(shè)置計(jì)算域的建立研究的球閥結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示，其中密封圈，閥桿以及閥腔間隙都不予芯流道直徑為 50mm，其他尺寸如圖所示，為了讓固體顆粒能夠隨湍流算流場(chǎng)中球閥的上游管道長(zhǎng) 20 倍管徑即 1000mm，球閥下游管道長(zhǎng) 1計(jì)算流場(chǎng)如下所示，速度方向?yàn)?x 軸正方向，豎直放置時(shí)重力方向沿 z 軸重力方向沿 y 軸向下。

圖 2.1 計(jì)算域示意圖模軟件 Soildworks 對(duì)閥門內(nèi)部流道進(jìn)行三維建模，并流道模型進(jìn)行網(wǎng)格的劃分。本文對(duì)球閥流道采取非結(jié) 1D 管道進(jìn)行局部的加密。如圖 2.2 是球閥在相對(duì)開對(duì)開度以及開啟角度下的網(wǎng)格只是閥芯的旋轉(zhuǎn)角度不量也基本保持相等。在第三章會(huì)對(duì)網(wǎng)格無(wú)關(guān)性進(jìn)行具

參數(shù)數(shù)值水)3m/s998.2 kg/m320%、35%、50%、65%、80%、95%豎直50μm、100μm、150μm、250μm、350μm、500μm玻璃珠2600kg/m3碳鋼7900 kg/m3160BH 0.45kg/s實(shí)際應(yīng)用中往往存在著不同的放置方式。通過搭建固液兩相流動(dòng)磨況下的球閥展開顆粒沖蝕磨損實(shí)驗(yàn)，研究球閥主要壁面的磨損情況包括：固液兩相流動(dòng)管道系統(tǒng)（如圖 2.3）和磨損測(cè)量裝置（如圖

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1 李偉;;水輪發(fā)電機(jī)大型球閥的裝配及實(shí)踐[J];四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2009年04期

2 胡春艷;葉志p

本文編號(hào)：2787084