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基于先导控制的新型截止阀动力特性研究

作　者: 张含
导　师: 金志江
学　校: 浙江大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 截止阀先导阀 UDF编程动力特性结构设计高效节能
分类号: TH134
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 32次
引　用: 0次
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内容摘要

通用截止阀驱动往往需要庞大的执行机构,特别是应用于高压大口径的管路系统中时,普遍存在着启闭动作缓慢、驱动能耗高等问题。为此,本课题组研究开发了一种利用阀门内部流体流动产生的压差作为阀门开启动力源的新型先导式截止阀,可满足工业高效、环保、节能的要求,具有很高的工程应用价值。但由于内部流场的复杂性和内部压差的不确定性,新型先导式截止阀动力不确定,从而导致其结构的设计存在盲目性。本文结合Fluent的UDF技术,对新型先导式截止阀进行数值模拟,总结出此阀门的动力特性并进行实验验证。主要研究内容和研究成果如下：(1)针对新型先导式截止阀结构设计盲目性的问题,分析了此阀门通用部分与专用部分设计过程,找出其中存在的人为假设因素,指出解决问题的切入点在于活塞式阀芯底部上下表面间的压差。(2)简化并建立了新型先导式截止阀三维模型,运用RNG k-ε紊流模型进行了数值模拟,指出阀芯底部上下表面的压差产生的压差力为阀门开启的唯一动力源。同时找出了影响压差大小的因素,为阀门动力特性的研究指明了方向。(3)数值分析结果显示,产生压差力的两个面上,压力分布不均,编制了UDF程序分别循环提取面上每一个单元的压强,求其平均值并输出,得到活塞式阀芯底部上下表面的压差值并进行网格无关性验证,得到了压差的网格无关解。(4)对不同因素组合的先导式截止阀进行了数值分析与实验研究。得到了压差随各因素变化情况,并结合流体力学局部阻力损失理论,拟合得到了局部阻力损失系数的工程估算公式以及动力的工程估算公式；按正交试验方法进行实验研究,利用位移传感器测量阀门达到稳定的开启状态时的开度,计算对应的活塞式阀芯底部上下表面压差的实验值,将实验值与相应开度模型下压差的模拟值进行对比,从而验证了本文的模型简化方法与数值计算方法的有效性。本文研究成果对于新型先导式截止阀的优化设计和工程应用具有重要的学术和应用价值。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-24
  1.1 引言  10-11
  1.2 国内外先导式阀门研究现状  11-17
    1.2.1 国外先导式阀门研究现状  12-14
    1.2.2 国内先导式阀门研究现状  14-17
    1.2.3 先导式阀门研究总结  17
  1.3 阀门特性研究简介  17-18
  1.4 先导式截止阀工作原理简介  18-20
  1.5 先导式截止阀设计分析  20-22
  1.6 本文研究内容  22-24
第2章计算模型工程简化及数值模拟分析  24-42
  2.1 湍流模型的选用  24-30
    2.1.1 湍流模型简介  25-28
    2.1.2 湍流模型的适用范围与选用  28-30
  2.2 内部流场数值计算  30-38
    2.2.1 计算模型的工程简化  30-32
    2.2.2 边界条件的确定  32-34
    2.2.3 解算方程设置与模型求解  34-38
  2.3 流场及动力分析  38-40
  2.4 小结  40-42
第3章非连续表面均压提取与网格无关性  42-50
  3.1 非连续表面均压的UDF提取  42-47
    3.1.1 活塞式阀芯底部上下表面的压强分布  42-44
    3.1.2 UDF理论  44-45
    3.1.3 压差提取UDF程序  45-47
  3.2 网格无关性验证  47-49
  3.3 小结  49-50
第4章动力特性数值计算与实验研究  50-77
  4.1 阀门动力数值计算  50-53
    4.1.1 影响因素简化  50-52
    4.1.2 计算方案与计算结果  52-53
  4.2 压差数值计算结果分析  53-61
    4.2.1 流体静压的影响  53-54
    4.2.2 流体流速的影响  54-56
    4.2.3 阀门公称直径的影响  56-58
    4.2.4 小孔直径的影响  58-59
    4.2.5 先导管直径的影响  59-61
  4.3 阀门动力工程估算公式  61-70
    4.3.1 压差的局部阻力损失系数  61-62
    4.3.2 各影响因素对局部阻力损失系数的影响  62-65
    4.3.3 阀门动力工程估算公式  65-70
  4.4 先导式截止阀动力特性实验研究  70-75
    4.4.1 实验平台的设计  70-73
    4.4.2 实验方案  73-75
  4.5 小结  75-77
第5章总结与展望  77-80
  5.1 总结  77-78
  5.2 展望  78-80
参考文献  80-84
附录  84-92
作者简介及在读期间科研成果  92

基于先导控制的新型截止阀动力特性研究

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