高壓差迷宮式調節(jié)閥流動及流固耦合特性仿真研究.pdf

1、調節(jié)閥是一種非常通用的設備，廣泛地應用于工業(yè)自動化過程控制領域,例如:航空航天事業(yè)、石油電力、國防建設、管道運輸等多個方面。其主要用途是通過改變閥門的閥桿的行程,來調節(jié)控制液體介質的壓力、流量、溫度等工藝參數的變化。近年來,隨著現代工業(yè)生產的規(guī)?；?、自動化及信息化的快速發(fā)展,對調節(jié)閥提出了以高溫、高壓差、低噪聲及抗空化為主的一系列苛刻要求，與此同時,對髙壓差調節(jié)閥的要求不再局限于調控的安全和可靠,在其節(jié)能性、準確性以及靈敏度等方面的要求

2、也越來越髙。迷宮閥作為降壓能力較強的多級降壓式調節(jié)閥，因為其較強的降壓能力、較低的噪聲及合理的安全性及壽命，在電力、石油及化工領域應用越來越多。但是國內對迷宮閥的研究起步較晚，雖然國內許多的廠商也能夠生產各系列的高壓差的迷宮閥，卻絕大多數都是引進或者仿制國外產品結構，對迷宮閥缺少必要的理論研究與水力實驗，不僅導致多數高壓差迷宮閥產品的調節(jié)性能、精度及安全不能滿足高要求，而且還制約了迷宮閥產品繼續(xù)研發(fā)和優(yōu)化的能力，非常不利于國內高壓差調節(jié)

3、閥的發(fā)展。因此,本文從水力及流固耦合的角度對高壓差迷宮式調節(jié)閥閥內介質的流動特性和流固耦合特性進行分析和研究，為高壓差迷宮式調節(jié)閥選型、繼續(xù)研發(fā)及優(yōu)化提供一定的理論指導和試驗數據。
　　本研究主要內容包括：①闡述工業(yè)控制領域的快速發(fā)展及對調節(jié)閥的新要求，較為系統簡紹了調節(jié)閥的發(fā)展歷史、現狀與發(fā)展方向，同時本文重點介紹了高壓差迷宮式調節(jié)閥的起源、發(fā)展及結構特點，國內外在其流體、結構及流固耦合領域的研究現狀，為較為系統的了解和掌握高壓

4、差迷宮式調節(jié)閥的原理和研究方向的確定奠定基礎。②為采用有限元方法實現對高壓差迷宮式調節(jié)閥的結構、內部介質的流動及流固耦合的仿真分析，本文較為詳細的介紹了計算流體力學的控制方程、湍流模型、計算區(qū)域的離散與求解控制原理及注意事項，同時對閥門結構的強度校核的理論、流固耦合分析的類型及計算方式也做了介紹，為高壓差迷宮式調節(jié)閥的強度校核、流動特性及流固耦合特性的研究提供了理論支撐。③高壓差迷宮式調節(jié)閥的三維幾何模型建立，計算中的幾何模型與真實模型

5、的趨近程度，對以幾何模型為基礎，仿真模擬現實的逼真程度有著重要的影響。為更加逼真的仿真模擬現實，并且更加容易的根據仿真結果對閥門的結構進行優(yōu)化，采用三維建模軟件建立參數化的閥門幾何模型，并根據閥門的幾何模型反向切除生成閥門的流體域的幾何模型。④高壓差迷宮式調節(jié)閥應力分析計算及強度校核，針對高壓差迷宮式調節(jié)閥介質壓力高、應力條件復雜而使用工況對閥門安全性要求較高、擬采用分析設計方法的原則，并用有限單元法計算閥門結構內部任意一點的應力、應變

6、與位移，從而完成閥門強度更為科學和安全的校核，為閥門結構的優(yōu)化提高參考，提高閥門的安全性。⑤高壓差迷宮式調節(jié)閥內部介質流動特性研究，高壓差迷宮式調節(jié)閥內部介質的流動特性的研究主要包括兩方面的內容：a.迷宮式流道介質流動特性的研究，擬采用計算流體力學和實驗相結合的方式，研究迷宮式流道的降壓級數、彎道形式、軸向及徑向寬度、流道深度等結構參數對流動特性，特別是流阻影響規(guī)律，并分析了內在的原因。 b.整個閥門內部介質流動特性的研究，采用了計算流

7、體力學和實驗相結合的方式，以常溫下的水為其內部流動的介質，在迷宮式流道形式和結構確定的情況下，研究不同壓差時，內部介質的速度、壓力、溫度的大小及分布和迷宮式流道的數量及分布對閥門流量系數及流量特性的影響及數學關系。⑥高壓差迷宮式調節(jié)閥流固耦合特性研究，高壓差迷宮式調節(jié)閥的一般使用在壓力、壓差都較大的工況下，而且迷宮式流道的結構尺寸又比較的小，如果對其流量系數及調節(jié)精度較高時，高壓力對迷宮式流道的結構參數的影響較大，進而對調節(jié)閥的流量系數