核级锻钢截止阀流通特性分析及结构优化

分析四种不同阀体流道结构的核级锻钢截止阀,依据伯努利方程和GB/T 30832标准,应用Flow-Simulation软件对其阀瓣在全开状态下进行流通特性的有限元分析,模拟流场云图,计算出阀门流阻系数和流量系数,分析不同流道结构对介质流动的影响,对比在相同状态下哪种结构形式的锻钢截止阀流阻系数最低。优化偏心型阀体流道结构,降低阀门两端压力损失,提升其流通性能,对核级锻钢截止阀的优化设计提供技术支持。

电站调节阀阀体结构参数对流阻特性的影响

为了系统研究阀体结构参数对调节阀流阻特性的影响,采用数值模拟的方法,建立电站调节阀阀体模型,结合正交试验设计,研究调节阀阀体不同结构参数对流阻特性的影响。结果表明:调节阀阀体的结构参数对流阻系数的影响程度依次为上腔半径>下腔高度>上腔高度>阀体半长>下腔半径>中腔半径,同时再对阀体的入口角度进行优化分析,得到入口角度越小,流阻系数越小。通过正交实验优化和入口角度优化后得到的最优结构,其流阻系数与原结构相比降低了19.45%,且流量特性曲线也更加理想。研究成果能够为套筒式调节阀的结构优化提供理论支持。

SP08-20先导式螺纹插装比例方向阀静态特性仿真与试验

SP08-20是一种用于方向控制的先导式螺纹插装比例方向阀,断电时,用作单向阀,通电时,用作节流阀,通过控制先导阀芯及主阀芯位置变化实现对阀的流量控制。此阀流道形状较为复杂,控制腔压力分布规律难以确定,且传统的液动力与流量经验公式本身准确性较差,导致在通过由经验公式构成的数学模型求解阀的静态特性时,模型计算结果与试验结果有较大的差异。故采用Fluent软件对SP08-20进行流场仿真得到其阀芯受力规律,利用曲线拟合的方式得到阀芯受力拟合式,据此求解静态数学模型,得到此阀的静态特性。试验结果表明,利用流场仿真的方式求解所得静态特性曲线与试验曲线具有较高的吻合度。

先导式电液比例溢流阀静态特性仿真与试验

先导式电液比例溢流阀是用来控制系统中油液压力的压力控制阀,可根据工况要求以电信号控制电磁力从而实现对液压系统的压力控制,由先导阀、主阀和手调安全阀组成。由于控制阀口通流状态较为复杂,采用流量经验公式和传统的液动力公式难以准确计算阀口通流量和阀芯所受液动力,数学模型计算结果与试验存在较大差异。为了较为准确地获得溢流阀的静态特性,采用Fluent软件分别对主阀和先导阀进行流场仿真计算,获得不同阀口开度和压差下的阀芯受力和阀口通流量。利用插值方式得到阀芯受力和阀口通流量的插值模型,据此求解静态数学模型,得到溢流阀静态特性曲线。结果表明,采用插值模型求解所得静态特性曲线与试验曲线的吻合度更高。

中心型蝶阀流阻特性数值仿真模拟及试验研究

为了弄清中心型蝶阀的流阻特性,先采用Fluent软件对通风除尘系统中一种φ560的中心型金属密封蝶阀不同开度下的流阻特性进行数值仿真模拟,通过设置试验测试蝶阀不同开度下的阻力系数,比较试验值与模拟值吻合程度,以验证仿真模拟的正确性,最后基于实验数据通过流阻特性对比分析,将全轴蝶阀改为双端轴蝶阀。仿真结果表明,在全开状态下双端轴蝶阀的流阻系数比全轴蝶阀有一定减小,达到了减小流阻的工程目的。

位移-流量反馈式比例阀先导液阻匹配策略研究

高水基比例阀先导液阻桥路直接影响主阀的控制特性,多功能、多类型液阻构成的复杂先导液阻网络成为比例阀设计的关键。采用数学建模、流场仿真以及试验研究相结合的方式分析位移-流量反馈式高水基比例方向阀先导液阻桥路的液阻特性,考虑了主阀进液阀芯和阀套之间环形间隙的流量泄漏。结果表明:当环形间隙面积一定时,位移反馈槽宽度越大,位移反馈节流控制线性度越好,然而,位移反馈槽宽度越大,先导液桥流量需求越大,高速开关阀组匹配设计难度越大;回液液阻对液桥起背压作用,回液液阻尺寸越小,背压效果越好,位移反馈槽节流控制线性度越差。根据流场仿真结果,综合匹配设计高速开关阀组及进液液阻,通过试验验证了先导液阻网络各液阻尺寸匹配策略的正确性。

船用法兰铸钢截止阀流通特性分析和结构优化

以DN65船用法兰铸钢波纹管截止阀为例,应用Flow-Simulation软件对其在全开状态下进行流阻系数有限元分析,模拟流场特性,计算流阻系数和流量系数,并依据GB/T30832对其进行实验验证,二者结果相吻合,表明数值模拟计算和方法正确.根据流场云图发现,阀体是影响阀门流阻系数和流量系数的关键因素.分析阀体流道结构对介质流动影响的同时,在阀体结构长度不变的情况下优化阀体流道结构,降低两端压力损失,进而大幅度地降低船用法兰铸钢波纹管截止阀流阻系数,提高流通能力,并通过实验进一步验证,这对阀门的优化设计尤其对直通截止阀具有重要意义.

船用三通调节阀不同压力下流量特性修正研究

以PN50 DN250三通调节阀为研究对象,针对三通调节阀主旁通回路高压实际工况流量系数缺乏数值模拟研究及试验条件的问题,提出一种修正低压试验工况流量系数得到高压实际工况流量系数的方法。利用CFD计算流体力学方法模拟研究低压工况与高压工况下三通调节阀在10%~100%共10组典型开度下主控制回路和旁通回路流动特性,计算对应流量系数Kv,根据提出的高低压工况流量系数修正转化关系,对低压试验工况下的试验流量系数进行修正,得到高压实际工况流量系数,并通过试验加以验证。结果表明,修正后的高压工况流量系数曲线与试验流量系数曲线趋势一致,且修正后的流量系数与试验平均误差在2.35%以内,证明了该修正方法具有良好的精度,可用于高压实际工况下流量系数的预测。

多路阀K形节流槽阀口流阻特性

针对多路阀K形节流槽阀口流动阻力大、阀芯滞卡、振动噪声等问题。以某型装载机多路阀铲斗滑阀联为研究对象,基于流体动力学和湍流场协同理论,应用数值模拟方法对不同阀口开度和入口体积流量下的铲斗滑阀联流场进行稳态仿真,研究入口节流阀口面积、流场特性及压降场协同角分布规律。研究结果表明:K形节流槽内部流动阻力较大的区域主要分布在节流槽等效阀口面积、节流槽外壁、阀芯凹角及剧烈涡流等压力梯度变化较大或流线弯折角度较大处,随着阀口开度的增加,流动阻力逐渐减小,入口体积流量对阀内流动阻力没有显著影响。研究成果将为非全周开口滑阀的流动减阻优化设计提供思路。

集成电路用气动隔膜阀流体特性的数值研究

基于Fluent流场模拟软件,对自主设计的集成电路用气动隔膜阀的流阻特性与内部流场特性进行了可视化数值研究。在保证计算条件相同的前提下,对不同开度下的全三维流体域进行了稳态模拟仿真。结果表明:此隔膜阀为快开流量特性,流量系数随开度的增加呈对数级增大,流阻系数随开度的增加呈反比例式减小,且在开度为1.8 mm后均变化不明显。阀芯与阀座的间隙为流速和压强的突变处,阀芯在此处易受到流体的冲刷。研究结果为此阀的合理使用开度提供了有效数据,为同类产品的相关研究提供了参考价值,并为后续的结构优化设计指明了方向。

大口径、高压力新型止回阀在新疆SJZ泵站的应用

针对大口径高扬程泵站突然失电时水泵出口阀两阶段关闭存在的问题,提出了采用轴流式止回阀代替两阶段关闭液压阀的措施。对应用于SJZ泵站的轴流式止回阀流阻系数和流量系数进行了仿真计算,基于阀门弹簧的作用和水泵失电后的阀门出口边界条件变化特性,对轴流止回阀的动态特性进行了模拟和分析表明,阀门在正向流速降至零时,立即完全关闭阀门,可避免水泵倒转、水倒流及过大的阀后升压,且能保证阀门关闭时阀瓣前后压力稳定。

基于组态软件的阀门性能测试实验教学平台设计

为了开展阀门等机械设计类元件实验教学,设计并搭建了基于组态软件的阀门性能测试实验教学平台。针对该实验平台设置了三类实验:被测阀门的多样性及性能对比;全范围覆盖公称直径DN25~DN400的阀门性能测试;调节阀的动态性能测试等。通过实时数据采集及监测系统记录不同流量、压差、调节阀开度值时的被测阀门的阀流量、阀压降、流量流阻系数、压差-流量曲线、固有流量特性等。该平台不仅能够运用于“阀门性能检测及结构创新设计”实验教学,同时能够进行不同流量、不同压差、不同阀门的性能对比实验,为研究阀门性能及内部结构参数创新设计提供了实验基础。

DN200中线蝶阀开阀过流特性三维模拟和试验研究

针对蝶阀管路开启过程中的复杂瞬变流,基于CFD求解器,对Fluent中的三维重叠网格进行UDF编译,探究了DN200线蝶阀管路9种开度下的过流特性,并绘制了压差、流量系数变化曲线图。结果表明:30%开度以下时,阀门前后压差变化剧烈,此时在阀门后形成大面积低压区,阀板上、下两端靠近管壁处出现局部高速射流,阀门后流动状态极不稳定;50%开度以下时,流量系数变化较小,流通能力较差。在阀门开度较小时,阀前压力、流速较大,在阀门后存在大面积涡流区,因此在实际运作中应尽量避免蝶阀长时间小开度工作;随着开度的增大,阀门后的压力梯度逐渐减小,稳态和瞬态工况的流场趋于一致;在相同开度下,瞬态的阀门前后压差值远小于稳态,流量系数略大于稳态,但瞬态的阀门后流场更为紊乱。最后通过物理试验,验证了仿真模拟的可靠性与真实性。

螺旋扭曲管内部流动与传热特性试验研究

螺旋扭曲管是一种新型的强化传热元件,具有传热效率高、流动阻力小等优势,在石油化工、船舶、采矿、动力以及钢铁行业中具有广泛的应用前景。采用试验的方法,研究了螺旋扭曲管管内在湍流(Nu>20 000)范围内的流动与强化传热特性,并与同规格的光滑圆管进行了比较。试验结果表明,在相同的Re数下,螺旋扭曲管管内Nu数大于光滑圆管,增大了约30%~50%,表明螺旋扭曲管能有效地提高管内对流换热效果;在相同的Re数下,螺旋扭曲管阻力因子比光滑圆管小;在相同的流量下,螺旋扭曲管管内阻力损失与光滑圆阻力损失基本相当,表明采用螺旋扭曲管不会显著的增加摩擦阻力。

大口径楔式闸阀流动特性分析与使用建议

大口径闸阀由于具有流体阻力小、寿命长、操作简便、适用范围广等优点,被广泛运用于石油、化工、水电等各行业。目前国内检验检测机构的阀门流量流阻测试系统的检测范围都在DN500以内,无法满足大口径楔式闸阀的检测需求。本文针对大口径楔式闸阀流量流阻研究缺少可靠性试验数据支撑的问题,首先通过对同系列小口径楔式闸阀的试验和仿真结果的对比研究,验证数值模拟方法的可行性,延伸至DN600大口径楔式闸阀模拟计算,得到流量系数曲线和流阻系数曲线,最后根据流场分布结果分析研究其流动特性,并提出科学合理的使用建议。

某型电动闸阀流阻系数数值模拟与计算

为了分析某型电动闸阀的流量特性与流阻系数,采用CFD方法,对某型电动闸阀在不同流量条件下的流体区域压强、流速进行了研究。研究结果表明:随着入口流量的逐渐增加,最大流体压强由241.8 Pa逐渐增加到19330 Pa,最大负压由-93.22 Pa逐渐降低至-20990 Pa。最大流体流速由1.05 m/s逐渐增加到33.67 m/s,不同流量条件下,流阻系数在0.59~0.61之间波动。

非对称功率阀塔冷却系统的水力性能研究

以多模块、多阀组串并联的功率阀塔冷却系统为研究对象,采用CFD仿真计算与试验相结合的方法,分析了其流量、流阻分布情况。研究发现,阀塔冷却系统流量分配不均匀度及偏差率受流量变化影响较小。适当提高阀模块流阻占阀塔总流阻比值,阀塔冷却系统流量分配不均匀度、偏差率均有所下降,有助于改善功率阀塔流量的分配不均匀性,提升功率阀塔的热可靠性。

基于CFD的蝶板结构改进设计及数值分析

为研究蝶阀阀板结构对阀门气蚀系数和流阻系数及阀门内部流动特性的影响,基于有限体积法和标准k-ε湍流模型,在不同开度(蝶板转角)下对梳齿形和楔形2种结构蝶板的蝶阀进行定常流动的三维数值模拟计算,获得阀门内部流场的速度场和压力场.比较分析阀门在不同工况下流道内部的速度分布、压力分布、速度流线图,得到速度对涡流形成及扩展的影响.结果表明:楔形蝶板的阀门流动更加平稳,在较大开度时流阻系数减小,流体对阀体和流道的冲击降低,蝶阀的流通能力提高;楔形蝶板阀的气蚀系数较梳齿形蝶板阀有所增大,抗气蚀的性能增强.研究结果为分析阀门内部受冲击状况提供了依据,为阀门优化设计提供了一定的借鉴.

聚氯乙烯球阀水流阻力特性及流动规律分析

为了研究排灌工程管网中PVC球阀水流阻力及流动规律,对2种PVC球阀DN75和DN50进行了试验,采用角位移传感器监测阀门开度,同时采用Realizablek-ε紊流模型对2种球阀进行了数值模拟并分析验证,在此基础上对3种规格球阀DN110、DN90和DN63进行了数值模拟研究,得到5种规格球阀的阻力系数计算表达式。比较试验与数值模拟结果,DN75和DN50球阀模拟的阻力系数值与试验吻合的较好。DN75球阀流场特征显示相对开度为0.91时流态比较稳定,无明显漩涡;相对开度为0.36时压力、速度梯度较大,在球阀YZ截面出现大小相当、方向相反的对称漩涡,造成了较大的水头损失。研究结果可为管网的水力计算提供参考。

基于CFD的三偏心蝶阀的流场特性研究及优化

由于三偏心蝶阀结构的特殊性,对其内部流场的流动性能进行了深入研究。建立了三偏心蝶阀的几何模型,对其内部流场进行模拟,获得了阀门的流量系数、流阻系数,并分析了阀门的轴向偏心、径向偏心和角度偏心与流量系数、流阻系数之间的变化规律,得知:角度偏心的数值大小与流通能力近似成反比;径向偏心值与阀门流通能力近似成正比,且影响大于角度偏心;而轴向偏心值对于阀门的流通能力几乎没有影响。采用正交试验法对三个偏心进行优化,降低流阻系数,提高流量系数,改善阀门流通性能。