基于动网格的轴流式止回阀关闭过程动态特性分析

针对液化天然气用轴流式止回阀使用过程中可能发生的水锤问题,利用FLUENT动网格方法对两种不同型号(优化前、后)的阀门内部动态流场及阀瓣运动状态进行研究,分析优化前、后的阀门在相同工况下的动态特性。结果表明:止回阀关闭瞬间,优化后阀瓣受力相比优化前降低了70 N,优化后阀瓣运动速度相比优化前减小了0.674 m/s,这样阀瓣对阀座的冲击力相对更小,有利于保证阀座的使用寿命,同时有利于减小碰撞过程对管路系统的影响;FLUENT动网格方法能够预测止回阀关闭过程中“快关缓闭”的阀瓣运动特征,同时模拟得到的阀瓣运动状态以及止回阀内部动态流场特征,对轴流式止回阀的设计及选型具有重要的参考价值。

常规岛汽机旁路调节阀流激共振研究

针对核电常规岛汽机旁路阀小开度下易发生振动的问题,设计了一种汽机旁路阀,基于流激共振理论及流固耦合方法,对其阀芯组件进行流激振动分析。选取30%开度工况,采用CFD软件进行瞬态流场仿真分析,以获得阀芯组件流固耦合处的流体压力脉动时域信息,将时域信息进行快速傅里叶变换(FFT)得到流体作用于阀芯组件的激振频率。采用ANSYS Workbench软件对典型开度进行流固耦合模态分析,得到阀芯组件的模态频率。通过流体激振频率与模态频率对比进行进一步分析研究。结果表明:典型工况下该型调节阀流体激振的频率区为848~1 272 Hz,阀芯组件结构1阶固有模态频率为3 170.1 Hz,随着阶数增大依次递增,6阶模态频率与流体激振频率均不接近,因此该型汽机旁路阀在典型工况下不会发生流激共振,验证了该设计的有效性,可为同类常规岛汽机旁路调节阀防共振结构设计提供参考。

基于代理模型的轴流式调节阀阀体型线优化

针对国内外大口径天然气管线阀门型线优化周期长、优化过程机械式重复的问题,提出一种采用Kriging代理模型结合NSGA-Ⅱ算法的轴流式调节阀型线优化方法。以DN600轴流式调节阀为研究对象,通过Fluent与ANSYS软件对其性能进行初步评估后,选定流量值、最大应力水平和最大变形量为优化目标。首先采用B-spline曲线对阀体型线进行拟合,通过改变控制点的坐标实现阀体型线的参数化,并实现阀体型线的自动建模,运用拉丁超立方采样方法设计100种型线,通过数值模拟得到结构优化样本库,建立轴流式调节阀的Kriging代理模型。然后采用NSGA-Ⅱ算法对代理模型进行寻优得到Pareto前沿解集,通过对3个型线前沿解与初始型线内部水平截面的速度、压力变化曲线的研究,确定最优型线。再对优化前后的开度-阻力特性、流量-阻力特性及阀后管道内部流动进行研究,结果表明,优化后的型线流量值提高了9.2%,最大应力水平降低了8.46%,最大变形量减小了6.2%,优化后流体阻力降低,阀后管道高速流动影响距离减小。优化后型线的性能提升证明了该型线优化方法的有效性,揭示了该方法在阀门型线结构优化领域的潜力。

动态流量平衡阀结构优化与验证

针对动态流量平衡阀流量控制精度较低问题,依据孔板流量和同心环状缝隙流方程,初步设计阀芯开孔型线,提出压差补偿系数因子修正法对现有的型线公式进行了优化修正,基于大涡模拟(LES)湍流模型,数值模拟研究了优化前后动态流量平衡阀的流量控制精度和流量精度误差,对比分析阀芯开孔型线对阀内压力脉动强度的影响规律,并搭建流量测试试验台对所提优化方法进行验证。结果表明,压差补偿因子修正法优化阀芯开孔型线能有效降低阀芯端面压力脉动强度,提高动态流量平衡阀流量控制精度至3.7%,流场模拟计算和实验结果趋势上基本吻合。

Pressure Pulse Response of High Temperature Molten Salt Check Valve Hit by Crystal Particles

In view of the problem that crystalline particles cause wall vibration at a low temperature,based on two-phase flow model,computational fuid dynamics is used to conduct the numerical simulation of internal flows when the valve openings are 20%,60%and 100%respectively.The molten salt fow may be changed under strict conditions and produce forced vibration of the inner parts of molten salt particle shock valve body.Euler two-phase flow model is used for different molten salt sizes to extract temporal pressure pulse information and conduct statistical data processing analysis.The influence of the molten salt crystallization of molten salt particles on the fow and pressure pulse strength is analyzed.The results show that the crystallization of molten salt has a serious impact on the vibration of the valve body,especially in the throttle rate.The valve oscillation caused by the pressure pulsation mostly occurs from the small opening rate.As the opening increases,the pressure pulse threshold and its change trend decrease.

活塞式流量调节阀空化特性及其压力脉动响应

针对管路系统中活塞式流量调节阀内非定常流动时所产生的空化现象和共振问题,基于Schnerr-Sauer空化模型和标准k-ε湍流模型,进行非定常空化流场计算,以三个典型开度为例分析活塞式流量调节阀空化特性以及压力脉动的响应.通过对调节阀内部流场仿真模拟及压力脉动特性分析可知:活塞式流量调节阀防空化能力较强,但在节流处附近容易发生小范围的空化现象;流道内压力脉动主要集中于阀后高流速区域,近壁面压力脉动主要集中在节流处,并且沿流动方向衰减;调节阀在工作过程中压力脉动主要集中在较低频率,近壁面压力脉动频率集中在20 Hz以内,随着开度增大压力脉动阈值与振幅会有所上升.