蚁穴式节流元件控压机理和空化特性研究

针对高压大流量条件下控制阀节流元件减压控速不平稳、空化气蚀严重等问题,提出一种新型空间蚁穴式节流元件。基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)仿真分析,详细对比研究节流元件级间压力、速度及气体体积分数在不同降压级数、不同压力等级下的变化规律,获得不同降压级数的临界空化压力值,与常规迷宫式节流元件的流场特征进行对比。搭建试验系统测得不同降压级数节流元件在不同阀口压降条件下的级间压力和流量并与仿真结果对比。结果表明,相比迷宫式节流结构,蚁穴式节流元件减压控速更平稳,具有更好的线性度。蚁穴式节流元件空化主要发生在最后一级,阀口压降与降压级数之间呈线性关系。基于所获得的阀口压降与降压级数之间的线性关系表达式,可为设计最佳的降压等级与降压级数组合提供理论指导,避免空化气蚀的发生,提高控制阀的使用寿命。试验测得数据与仿真数据一致性较好,验证了仿真模型的准确性。

空间转角蚁穴式调节阀复合降压结构设计及仿真分析

空间转角蚁穴式调节阀(ATE调节阀)降压结构复杂,其空间转角蚁穴式节流元件(ATE节流元件)流道融合了转折、扩张、汇合、分流和对冲等流动过程。通过CFD流场仿真,研究在不同压力等级下ATE节流元件级间压力、速度、流量及气体体积分数随降压级数、流道形状、流道关键结构尺寸等参数的变化规律。压降特性仿真结果表明,ATE节流元件能够将一次较大的压降分解成多次的小压降,逐级降压过程压降线性度良好。同时ATE节流元件关键结构参数的仿真研究表明,级间距为7 mm时空化最小,渐缩型节流元件空化程度最小,腰型槽为3 mm时节流元件空化程度最小,出口沉槽倒角不会降低空化程度,增大出口沉槽过流面积会导致空化程度增加。最后搭建了ATE节流元件测试平台,对节流元件在不同压降条件下的压力和流量进行了测试,ATE节流元件级间压力测试与仿真结果的最大误差不超过8%,流量误差平均值约为10%,试验测试与仿真计算结果具有较好的一致性,试验验证了仿真计算的准确性。