基于CFD的蒸汽调节阀流量特性研究之一

在以往调节阀的设计中,无论是理论计算还是试验研究,都无法准确掌握汽轮机进汽调节阀的调节特性以及流场细节,而数值模拟手段则可填补这一空缺。随着计算机水平以及CFD技术的不断发展完善,利用数值模拟方法来辅助设计成为了当今工程设计的趋势。结合调节阀结构尺寸,阀后喷嘴流量的计算,通过理论公式的推导,与CFD数值模拟相结合,得到了调节阀临界流量、彭台门系数的函数关系,从而得出阀门的流量特性。提供了一种新的阀门设计思路,得到了具有较高精度的阀门特性曲线,结果对今后汽轮机进汽调节阀的研究具有一定的指导借鉴意义。     

600MW汽轮机组高压联合进汽阀变工况内部流场的特性分析

采用数值模拟方法对某600 MW汽轮机高压联合进汽阀的内部流动进行了分析.通过求解全三维N-S方程和k-ε湍流模型,得到了阀门内部的流场特性.在3种不同负荷下对主汽阀全开、调节阀阀门不同开启顺序时的流场进行模拟,并分析了流动损失产生的机理.结果表明:调节阀B的流量比调节阀A大,流动状态比调节阀A好;先开启调节阀B后开启调节阀A时,各截面的压损小,各阀门的流动状态好.     

600MW汽轮机组高压联合进汽阀变工况内部流场的特性分析

采用数值模拟方法对某600 MW汽轮机高压联合进汽阀的内部流动进行了分析.通过求解全三维N-S方程和k-ε湍流模型,得到了阀门内部的流场特性.在3种不同负荷下对主汽阀全开、调节阀阀门不同开启顺序时的流场进行模拟,并分析了流动损失产生的机理.结果表明:调节阀B的流量比调节阀A大,流动状态比调节阀A好;先开启调节阀B后开启调节阀A时,各截面的压损小,各阀门的流动状态好.     

大型汽轮机主汽调节阀的实验与数值分析

大型汽轮机主汽调节阀的气动性能和振动性能直接影响电厂的安全高效运行，通过模型实验和数值模拟手段对某些600MW汽轮机的高压主汽调节阀进行了研究。实验与数值模拟结果进行了对比，详细分析了阀门内部的流场结构，得出了阀门的流量分配关系、损失状况以及损失在阀门中的分布，并讨论了损失产生的机理。图11表2参5     

三角口旋塞调节阀流量特性的数值分析

为了解决调节阀的设计和选型问题,采用Fluent软件对三角口旋塞调节阀不同开度时的稳态流场进行了模拟,分析了调节阀内流场的参数分布与阀门特性的对应关系,从而得到了不同开度时的阀门流量和相应的流量系数Kv,进而得到流量特性曲线。计算结果可为调节阀设计和选型提供参考。     

离心风机内部流场数值优化研究

以一小型离心风机为研究对象,首先根据国标设计一套进口风管风机测试装置对其进行测试,然后利用流体分析软件ANSYS CFX对其进行三维数值模拟,将试验测试结果和数值计算结果进行对比,得到模拟计算结果与试验测试结果基本一致,验证数值结果的准确性。接着对风机内部加装一防涡圈进行模拟计算,结果表明加装防涡圏后,蜗壳内部尤其叶轮和蜗壳前板之间的漩涡明显减小,漩涡强度减弱,流场得到改善,泄漏损失明显减小。另外对不同泄露间隙的风机进行数值计算,结果显示随着间隙的减小,泄漏量明显减小,所以在保证安全运行的条件下,间隙应尽可能小。     

调节阀内部流场数值模拟及能量损失分析

针对小流量单座调节阀,首先应用三维建模软件对其该阀进行宾体建模与造型,其次基于计算流体力学技术对阀门内部三维粘性流场进行数值模拟,从而获得了调节阀的流动特性参数,并对数值模拟计算结果进行了分析,得到了调节阀流道内能量损失的原因,最后以降低流动损失为目的,对能量损失严重的部位进行流道优化,并对优化后流道进行模拟计算.计算结果表明,与优化前的流道相比较,在满足原有调节性能的同时流动得到改善,能量损失明显降低.     

上下游结构对喷嘴调节给水泵汽轮机调节阀组流动特性的影响

针对某喷嘴调节给水泵汽轮机调节阀组在额定工况时的三维蒸汽流动,采用计算流体力学方法对其进行数值模拟分析,以获取各调节阀均全开时阀组上下游结构对阀组管道内部稳态蒸汽流场的影响.计算中采用剪切应力输运模型(SST)来封闭湍流模型控制方程组,并采用多重参考坐标系法(MRF)计算获取调节级内动叶排通道区域的三维蒸汽流场.重点分析了各阀门通道内的压力损失水平、流量分配情况和过热蒸汽在调节阀组系统中的流动特性,以及多阀腔室、阀门出口下游扩压管路和弯管等部件内部的复杂三维流动特征.结果表明:调节阀流量主要由阀门下游喷嘴数量决定;调节阀距离阀组系统进口的距离对调节阀通流能力具有较大影响.     

600MW汽轮机主汽调节阀流动特性的数值研究

对某600MW亚临界汽轮机主调阀在全开度下的流动特性进行了数值模拟。给出了阀门内流动总压损、压损沿流程分布情况以及调节阀门的流量分配。分析了蒸汽在阀门中的流动特点及流动损失产生的机理。为进一步研究阀门的流场特性及结构改进提供了参考。     

AP1000核电汽轮机中调门流动特性数值模拟

利用FLUENT对某AP 1 000核电汽轮机中压进汽蝶阀内的流动特性进行数值模拟。分别对调节阀在100%、60%、30%3种开度下的速度场与压力场进行分析并讨论阀门压损随调节阀开度的变化。结果表明:调节阀在100%开度时,压力分布均匀对称、流动稳定简单,当调节阀开度变为60%与30%时压力分布不再对称,流速变化大,流动变得复杂且有涡流产生。随调节阀开度的减小,调节阀处的压损所占阀门总压损的比例升高。     

供热机组负荷-压力简化模型及特性分析

在纯凝汽式机组负荷-压力对象简化非线性动态模型基础上,结合对抽汽式供热机组供热部分热力系统的分析,依据基本物质和能量守恒定律,建立了供热机组发电负荷-汽轮机前压力-供热抽汽流量与锅炉燃料量-汽轮机高调门开度-抽汽调节蝶阀开度的微分方程形式的动态模型.通过仿真实验证明：供热机组与纯凝汽式机组发电负荷-汽轮机前压力对象控制特性不存在显著差异;供热机组可采用更为灵活的控制方式以提升发电负荷调节速率.     

A Study of the Gas Flow through a LNG Safety Valve

A safety valve functions to control an upper limit of pressure inside the LNG line of transportation.If the pressureinside the safety valve nozzle exceeds a pre-determined value on the valve sheet which plugs the nozzle,an ex-cess of LNG discharges through the gap between the nozzle exit and valve sheet.In this situation,the forces act-ing on the valve sheet are gasdynamic forces generated by the discharge of LNG and mechanical forces supportedby the spring behind the valve sheet. The flow through the gap is very complicated,involving vortices,flowseparation,and shock waves.These affect adversely on the system accompanying with noise and vibration.Thepresent study aims at understanding the flow physics of safety valve.A computational work using the two-dimensional,axisymmetric,compressible Navier-Stokes equations is carried out to simulate the gas flow betweenthe nozzle exit and valve sheet,and compared with the theoretical results. It has been found that there exists adistance between nozzle exit and valve sheet in which the thrust coefficient at the valve sheet increases abruptly.     

供热机组发电负荷-机前压力-抽汽压力简化非线性动态模型

针对抽汽式供热机组利用调节蝶阀控制抽汽压力来调节供热抽汽质量流量的特点,通过分析汽轮机供热抽汽环节的能量平衡特性,建立微分方程形式的供热机组给煤质量流量-汽轮机调门开度-调节蝶阀开度与发电负荷-汽轮机前压力-抽汽压力的简化非线性动态模型.在此基础上分别进行了发电负荷、机组抽汽压力和热网循环水质量流量扰动仿真试验.结果表明:模型输入输出关系符合机组实际情况,能够解释供热系统中通过调节供热抽汽压力维持供热抽汽质量流量跟随供热负荷需求变化的内在机理.     

振荡射流控制方柱绕流的实验研究

为研究振荡射流对方柱绕流的流动控制效果,利用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry, PIV)分别测量了不同动量系数下布置于前驻点和后驻点的振荡射流控制的方柱绕流流场,并对测得的流场进行本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition, POD)。研究表明：两种布置方式下振荡射流与流场的作用方式不同,均可有效控制方柱绕流流场,且存在着使控制效果达到最佳的动量系数。当位于前驻点的振荡射流动量系数为0.309时,方柱下游流场形态明显改变,尾涡长度减小约50%,湍动能和雷诺剪切应力分别减小约71%和62%,POD模态表明尾涡呈反对称脱落模式;当位于后驻点的振荡射流动量系数为0.174时,尾涡基本消失,此时尾流场湍动能和雷诺剪切应力分别减小32%和67%,POD模态表明尾涡改变为对称脱落模式。     

Streamwise Vortex Interaction with a Horseshoe Vortex

How control in turbomachinery is very difficult because of the complexity of its fully 3-D flow structure. The authors propose to introduce streamwise vortices into the control of internal flows. A simple configuration of vortices was investigated in order to better understand the flow control methods by means of streamwise vortices. The research presented here concerns streamwise vortex interaction with a horseshoe vortex. The effects of such an interaction are significantly dependent on the relative location of the streamwise vortex in respect to the leading edge of the profile. The streamwise vortex is induced by an air jet. The horseshoe vortex is generated by the leading edge of a symmetric profile. Such a configuration gives possibility to investigate the interaction of these two vortices alone. The presented analysis is based on numerical simulations by means of N-S compressible solver with a two-equation turbulence model.     

高压泵流量控制装置中电磁阀的优化设计

介绍了一种新型的用于柴油机共轨系统的高压泵流量控制装置.应用Ansoft公司的电磁场分析软件Maxwell 2D,对流量控制装置中电磁阀电磁作用力进行二维有限元分析,讨论了电磁阀在不同的线圈窗口尺寸及位置、材料及衔铁厚度下电磁力的大小,实现了结构的优化设计.试验结果表明:优化设计后的电磁阀能满足流量控制的需要,流量控制装置能将共轨压力波动控制在5%范围内.     

风力机翼型等速上仰动态失速数值模拟

采用κ-ωSST模型,利用CFD软件模拟了NREL S809翼型正弦振荡动态失速,并将结果和俄亥俄州立大学（OSU）风洞试验值对比,显示出较好的一致性,验证了所用方法的有效性．在此基础上对该翼型在雷诺数Re=1．0×10^6时以攻角变化率α=34．54（＊）·s^-1等速上仰动态失速过程进行了数值模拟,详细描述了等速上仰动态失速过程涡的发展以及翼型周围流场的分布．结果表明,动态失速现象是由前缘主涡和尾缘逆向涡交替作用引起;其气动特性曲线的分析结果表明,其失速前气动性能较静态时有较大提升．     

Study on the high-pressure hydrogen gas flow characteristics of the needle valve with different spool shapes

The needle valve is a critical control unit for high-pressure hydrogen systems such as hydrogen refueling stations, which is the infrastructure of hydrogen energy. As an important part of the needle valve, the valve spool affects the flow characteristics of hydrogen in the valve and then affects the working performance and safety of the high-pressure hydrogen valve. In this paper, based on the real hydrogen gas model and the finite volume method, a CFD model of the high-pressure hydrogen needle valve is constructed to find out the influence of the valve spool shape on the performance and flow characteristics of the high-pressure hydrogen needle valve. The results show that high-pressure hydrogen will produce a sudden change in pressure around the valve spool and there will be a local high-speed area, and the turbulent intensity will also increase. The arc cone spool can increase the flow by 2%–8% at different openings of the valve, and reduce the maximum speed at the spool by 15% at small openings. In addition, the sudden change of pressure and the eddy current have also been improved. Flat-bottomed cone spool reduces turbulence intensity and energy consumption. Therefore, it can be concluded that changing the shape of the valve spool to have a larger flow area at a small opening can make the high-pressure hydrogen valve have a better flow field distribution. Flattening the cone angle of the spool can improve the turbulent flow in the valve. The research in this paper can provide research accumulation and theoretical support for the optimization design of the needle valve of the high-pressure hydrogen system.     

船用低速柴油机燃油喷射控制阀的性能仿真与结构优化

以自主研制的电控液力增压式喷油器中的燃油喷射控制电磁阀为研究对象,在LMS-AMESim中搭建了电磁阀液力仿真模型,在ANSYS-Maxwell中搭建了电磁铁仿真模型,并通过AMESim中的电磁铁查询模型对Maxwell中的电磁铁数据进行耦合。经电磁阀综合性能试验平台测试,验证了所建模型的精度满足要求。利用该模型仿真分析了电磁阀动态响应特性、流通能力及泄漏量影响因素,在此基础上完成了电磁阀结构优化。结果表明:虽然优化后电磁阀泄漏量增加了3.57%,但开启响应速度提升了10.8%,关闭响应速度提升了25.8%。