蝶閥閥體后雙彎管道湍流場數(shù)值模擬及其實驗分析.pdf

1、由于結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等原因,在動力工程、城市供水、化工、船舶等工業(yè)場合,蝶閥作為流動控制與調(diào)節(jié)的設(shè)備應(yīng)用廣泛。然而,在調(diào)節(jié)蝶閥閥門角度以實施流動控制時,蝶閥閥板下游常常有較大流動分離,容易誘發(fā)噪聲輻射和結(jié)構(gòu)振動等不利現(xiàn)象。布置在長直管內(nèi)部的蝶閥流動分離現(xiàn)象已得到了非常廣泛的重視和研究。然而,在某些特殊場合,由于空間布置限制等原因,蝶閥常常需要和彎管就近配合使用,這使得蝶閥彎管系統(tǒng)內(nèi)部的流動現(xiàn)象更加復(fù)雜;另一方面,這種情況對閥桿等相關(guān)驅(qū)

2、動部件的控制來也帶來諸多不利。因此,針對這一問題進(jìn)行系統(tǒng)的研究和流場計算分析并獲取相關(guān)力學(xué)特性是很有必要。
　　本文旨在采用計算流體力學(xué)手段,結(jié)合模型氣動實驗,以某電廠熱電聯(lián)供汽輪機(jī)中低壓連通管道抽汽蝶閥系統(tǒng)為原型,采取幾何相似縮比模型,針對蝶閥閥體后雙彎管道中存在的復(fù)雜流動及其振動特征進(jìn)行研究分析。其現(xiàn)實意義在于可為用戶了解內(nèi)部復(fù)雜流場及振動特性、為選擇蝶閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供參考及為后續(xù)的改進(jìn)措施提供方法借鑒和理論依據(jù)。為此,本文主要

3、完成了以下兩項研究工作:
　　(1)流場數(shù)值模擬研究,主要包括三個方面。第一,流場研究前期探索性研究,包括簡化與原始模型對比、直管蝶閥與無蝶閥雙彎管流場分析;第二,進(jìn)口雷諾數(shù)對流場影響研究;第三,閥門角度對流場影響的研究。
　　(2)模型氣動實驗分析。主要包括扭矩測量,速度場測量及壓力脈動測量,以驗證數(shù)值計算的力學(xué)特性、流動時均特性和頻譜特性。
　　所得到的主要結(jié)果及結(jié)論如下:
　　(1)相比其他兩個模型,SST

4、模型最適合該模型流場的數(shù)值模擬;簡化模型能夠較好地模擬原始模型中復(fù)雜流場;直管蝶閥系統(tǒng)和無蝶閥雙彎管模型的研究,有助于理解原模型中存在復(fù)雜的二次流、流動剪切碰撞及分離等復(fù)雜等現(xiàn)象。
　　(2)進(jìn)口雷諾數(shù)對流場的影響是定量。當(dāng)閥門角度為45°且進(jìn)口雷諾數(shù)為45.8?10到52.4?10間時,相關(guān)量分布趨勢相近。閥板受力Fx和yF、閥板扭矩值、進(jìn)出口無量綱壓、中截面最大湍動能隨雷諾數(shù)變化成近似二次函數(shù)增加趨勢;能耗系數(shù)成近似成三次函數(shù)

5、增加趨勢;閥板最小無量綱壓力系數(shù)為負(fù)值且逐漸減小;進(jìn)口 Ma數(shù)成正比增加,而模型最大 Ma數(shù)并非線性增加,且二者比值逐漸增加。閥板前后前駐點位置基本不變(x=-0.21d),而背流面一二分離區(qū)均在不斷減小。
　　(3)閥門角度對流場的影響是定性的,其中存在著復(fù)雜的二次流、流動剪切碰撞及分離等復(fù)雜等現(xiàn)象。當(dāng)閥門角度從-45°經(jīng)過0°變?yōu)?5°時,扭矩絕對值、閥板受力Fx和Fy、能耗系數(shù)、進(jìn)出口無量綱壓損、中截面最大湍動能均先減小后增

6、大,而流量系數(shù)先增加后減小,且各量在0°左右存在極值;在閥門角度絕對值角度從30°變?yōu)?5°時,各參數(shù)發(fā)生急劇變化;比較閥門角度大小相同而旋轉(zhuǎn)方向不同的工況,對流量系數(shù)、進(jìn)出口無量綱壓損及中截面最大 Ma數(shù),負(fù)角度下的值小于相應(yīng)正角度值;而對能耗系數(shù),負(fù)角度下的值則大于正角度下的值。各種工況的最大壓力系數(shù)相等均為1且均位于閥板迎流面上。前駐點先向閥板邊緣移動,并在0°時位于閥板前緣,之后逐漸向閥板中心移動。
　　(4)針對該模型所