阀杆倾角对角座阀流量特性影响的数值研究

采用计算流体动力学方法研究阀杆倾角对角座阀流量特性的影响。分别采用数值模拟和实验测试,获得了在不同阀门进出口压差条件下,阀杆倾角为45°,55°和60°时阀内介质体积流量,对比验证了数值计算的准确性。在此基础上,对不同阀杆倾角条件下阀内的流场和阀门的通流能力进行分析。结果表明阀内的最高流速及速度场分布对阀门的通流能力具有重要影响：当阀杆倾角为45°时,阀内介质的流速最高,流量系数最大,流阻系数最小;阀杆倾角处于45°～60°范围时,随着角度的增加,角座阀的流量系数随之降低,流阻系数相应增加。对于该流道结构的角座阀,阀杆倾角推荐采用45°～50°的设计范围。     

不同含气率下角座阀内流场分析

建立了角座阀内气-液两相流动的数学模型,对不同含气率下的流场进行数值分析。计算获得了阀内的速度、相分率和湍流强度等流体动力学参数,并分析了阀内旋涡形成机理和介质流动稳定性。结果表明:流场中的旋涡结构和数量主要取决于流道结构和流动稳定性。由于旋涡区流速较低,气相介质易停滞在旋涡区域,产生聚集现象。含气率的增加会提高阀内介质的湍流强度,进而增加流动不稳定性。阀内湍流强度最高的区域集中在阀芯底部,阀芯在湍动能和所受弹簧力的相互作用下,易产生振动。在含气率为1%～6%的区间内,含气率对阀门流通能力的影响较为有限。     

正反接方式下角座阀内介质的流动特性分析

针对不同连接方式下角座阀内介质的流动特性开展数值模拟和实验研究。采用RNG k-ε湍流模型, 结合标准壁面函数法, 计算阀内流场。通过流量系数的实验数据和计算结果对比, 验证了数学模型和计算方法的准确性。在此基础上, 对正接和反接方式下角座阀内的流动核心区域、速度场和压力场进行对比分析。结果表明:正接方式下, 角座阀具较高的流通能力, 阀芯附近流动核心区域的面积更大, 并且在阀门出口下侧存在较大的漩涡, 会导致流阻增加。两种连接方式下, 阀芯中央截面处均出现二次流, 其中正接方式具有更高的流动不稳定性。     

DN100型物联网流量型平衡阀性能试验研究

针对温度型平衡阀调控中的滞后性等问题,提出采用一种物联网流量型平衡阀,通过模拟3种阀芯形状（W型,V型,O型）的DN100物联网流量型平衡阀在不同开度时进出口压力的变化,计算出流量特性曲线,并利用试验台对W型阀门进行流量性能试验,研究阀门开度、阀门进出口压力与流量之间的函数关系,并对数值模拟结果进行论证。结果表明,压力场轴向分布特性和流量适配性相较于V型阀和O型阀,W型阀芯具有更好的调节能力,在对应的流量下,W型阀门开度在45%～63%之间,调节范围大,符合等百分比阀门特性,可实现小流量时精细调节、大流量时快速调节。研究结果可为物联网流量型平衡阀的设计和应用提供参考。     

阀芯结构对节流截止阀流阻特性和内部流动特性的影响

为探索阀芯结构对节流截止阀性能的影响,基于有限体积法和标准k-ε湍流模型,在不同开度条件下,采用数值模拟的方法,研究平底、梯形和弧形三种不同阀芯结构节流截止阀的流阻特性,分析阀内部的速度和压力分布规律;并对三种阀芯结构的节流截止阀的流阻特性开展水力试验研究,数值模拟得到的阀门流量系数和流阻系数的结果与水力试验结果比较吻合。结果表明,在开度小于40%时,梯形和弧形阀芯结构的阀门较平底阀芯结构的阀门内部低压回流区有所减弱,压力分布趋于均匀,阀门流阻系数减小,更有利于阀门内部流体的流通;当开度大于55%时,三种阀芯结构的阀门流阻系数基本重合,并趋近与零;在整个开度,弧形阀芯结构的阀门流量随阀门开度变化较为均匀,更有利于阀门流量的调节。     

动态压差控制阀流场及流量控制特性研究

针对变流量加热及冷却系统水力和热力失调的问题,设计一种动态压差控制阀.基于计算流体力学(CFD)方法,建立不同阀芯开度下动态压差控制阀三维流道模型.对比研究了不同阀芯开度下阀内流场分布以及流量变化,得出了动态压差控制阀在不同阀芯开度下阀内压降曲线的变化规律、阀芯节流口处速度曲线及湍动能曲线的分布规律,拟合了阀门出口流量...     

不同结构阀芯的滑阀流场CFD分析

以小通径滑阀为研究对象,针对阀芯凹角处旋涡对滑阀内部流场及性能的影响,提出了将阀芯凹角改进为圆弧型,用CFD软件Fluent对仿真模型进行稳态研究,得到了阀内流场的速度和湍动能分布规律:在开口恒定,入口流量相同的条件下,随着圆弧半径的增大,阀内最大速度和最大湍动能减小,但并不能完全抑制阀芯凹角处旋涡的产生。结合阀内流场流线图,将圆弧型结构进一步改进为斜角加圆弧型。对比分析表明,斜角加圆弧型结构可更有效平缓流场,抑制阀内旋涡的产生和发展,降低阀内湍动能的损失,提高能量利用率。     

阀口形状对套筒调节阀调控特性的影响

为了满足管道系统调节性能的要求,本文基于计算流体力学(CFD),研究了阀口节流截面形状对套筒调节阀调控的影响。讨论了椭圆型阀口、V型阀口和扇形阀口3种类型的节流阀。结果表明,流道的几何形状对流量系数影响很大;V形阀口具有类似的等百分比流量特性;扇形阀口具有类似的线性流动特性。相对特性随截面形状的变化而变化。在小开口时,阀门的内部流动更为复杂。阀芯附近的能量损失相对较大。     

高温高压差液控阀空化和空蚀的数值分析

采用高温高压液控阀的实际操作条件和介质的物性参数,基于两相空化流动的控制方程和RNG k-ε湍流模型,对液控阀的空化和空蚀特性进行数值分析。结果表明:流体在流经阀座和阀芯之间的间隙时,流速急剧增加,压力迅速降低至液体的饱和蒸汽压以下,形成空化。由于阀芯出口处的突扩结构,流速急剧降低,产生分离现象,从而在下游出现回流区,回流区域会形成空化带。并且,当操作温度升高和入口压力增加均会导致空化的区域增大、强度增加。数值模拟结果与阀芯的实际失效形貌基本吻合,证明该方法可成功应用于阀门的空化和空蚀预测。     

核电厂合流型硼酸三通调节阀的流量特性研究北大核心CSCD

针对核电厂合流型硼酸三通调节阀出现的流量分配调节能力差、响应时间长、部分阀位调节性能失效等问题,分析了三通阀在不同阀位及不同工况下的流动特性,建立了数值仿真模型,绘制流量特性曲线和流量分配曲线,并通过流量试验数据进行验证。研究发现:阀中腔易产生低速涡旋,降低阀流通能力,该现象在中间开度影响更为明显;出口总流量较大时,阀芯受不平衡力矩,影响阀开启和关闭性能;出口总流量较小时,30%~80%之间的阀位调节性能较弱;三通阀两入口管路内压力不等导致一部分阀位失去调节功能,且在两入口管路内压力差一定的条件下,三通总流量越小,阀位失效范围越大。研究结果可为给该类阀门结构优化设计提供理论指导和依据。     

煤液化调节阀湍流特性及稳定性研究

针对湍流流动对煤液化调节阀内部流场稳定性影响,基于粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry, PIV)和能量梯度理论对煤液化调节阀的脉动流场信息进行测量和表征。采用数值模拟和实验相结合的方法,探究了1.2,1.4,1.6,1.8 MPa 4种进口压力条件下(出口压力固定为1 MPa、开度固定为60%)脉动速度均方根、湍流动能等湍流特性参数的变化规律,并结合能量梯度理论对调节阀内流动稳定性展开分析。结果表明,脉动速度均方根的分布与湍流动能的分布具有相似性,高速主流区域位于阀芯头部低速流体的交界处,脉动速度均方根及湍动能值随流速增大而升高,并在轴向位置x为29.73 mm处达到峰值;高速主流与周围低速流体自身剪切产生的速度梯度是造成流场失稳的主要因素;整个流场最不稳定的位置分布在节流口下方阀芯和阀座壁面位置以及高速主流核心区外的剪切层内,进一步揭示了煤液化调节阀失稳机理。     

不同开度下球阀管路流场的仿真分析

为研究球阀在不同开度下对管路流场的影响,针对某管路球阀,依据k-ε二方程标准湍流模型,利用ANSYS自带的前处理模块Design Modeler和Meshing建立了球阀管路的二维仿真模型并进行了网格划分。设置不同阀门开度,在FLUENT中进行数值模拟,分析了不同阀芯开度下的阀门内部流场。研究发现阀门开度较小时,阀门内部会产生较大速度梯度和压力梯度,部分位置速度、压力值高于初始值数十倍,其内部和下游管路漩涡较强;随着阀门开度的逐渐增大,节流效应减弱,阀门内部和下游管路漩涡逐渐减小直至消失,速度和压力也逐步趋于平稳。     

高压节流阀节流特征及流固耦合失效分析

以川东北地区高压裂缝性气藏开发钻井现场普遍使用的楔形节流阀为例,分析开度与节流面积、节流压降、流体速度的关系,并依据伯努利方程建立节流压降与开度、流体密度、进口流量的数学模型,采用workbench流固耦合数值模拟方法,对所述条件下的节流阀内部流场和阀芯应力分布对比分析。结果表明,楔形节流阀节流能力随开度的增大迅速减小,随流体密度、进口流量的增大而增大,在一定开度下,由于阀腔内流体的高速流动,阀芯变径台阶面与轴销连接孔位置处出现应力集中,同时阀芯节流面附近有明显漩涡产生,引起阀芯振动,容易导致断裂失效;当开度较小时,节流效果显著,含固相颗粒的流体容易造成节流阀堵塞,且高速流体对阀座冲刷引起刺漏,该分析结果与现场节流阀失效情况十分吻合。     

Finite Element Numerical Simulation and PIV Measurement of Flow Field inside Metering-in Spool Valve

The finite element method (FEM) and particle image velocimetry (PIV) technique are utilized to get the flow field along the inlet passage, the chamber, the metering port and the outlet passage of spool valve at three different valve openings. For FEM numerical simulation, the stream function ψ -vorticity ω forms of continuity and Navier-Stokes equations are employed and FEM is applied to discrete the equations. Homemade simulation codes are executed to compute the values of stream function and vorticity at each node in the flow domain, then according to the correlation between stream function and velocity components, the velocity vectors of the whole field are calculated. For PIV experiment, pulse Nd: YAG laser is exploited to generate laser beam, cylindrical and spherical lenses are combined each other to produce 1.0 mm thickness laser sheet to illuminate the object plane, Polystyrene spherical particle with diameter of 30-50 μm is seeded in the fluid as a tracing particles, Kodak ES1.0 CCD camera is employed to capture the images of interested, the images are processed with fast Fourier transform (FFT) cross-correlation algorithm and the processing results is displayed. Both results of numerical simulation and PIV experimental show that there are three main areas in the spool valve where vortex is formed.Numerical results also indicate that the valve opening have some effects on the flow structure of the valve. The investigation is helpful for qualitatively analyzing the energy loss, noise generating, steady state flow forces and even designing the geometry structure and flow passage.     

沟槽数量对泰勒涡流稳定性的影响

用粒子图像测速技术(Particle image velocimetry,PIV)对光滑壁面和沟槽数量为18的模型内的流场进行测量,初步获得沟槽的存在对于环隙内流场的影响规律;同时利用数值计算获得沟槽数量为18的模型内的流场分布,通过对比试验结果和数值模拟结果,验证数值计算方法可靠性。通过数值计算研究沟槽数量0、6、12、18模型内的流场分布,在比较沟槽模型与光壁模型环隙内的速度场和涡量场的基础上,得出以下结论：较少的沟槽数量增加了泰勒涡的轴向尺寸,随着沟槽数的增加,沟槽结构对流场影响不断加剧,环隙内最大径向速度和轴向速度均有不同程度的增加;对比不同轴向位置的流场分布,发现沟槽区域内存在明显的旋涡流动,不同轴向位置沟槽内的流体存在着进出环隙内的运动。     

全塑料浮止阀阀口3D数值仿真研究

运用CFD软件FLUENT对全塑料浮止阀阀口进行3D数值仿真研究，掌握了浮止阀工作过程中阀腔内液体的压力场和速度场的分布情况，由仿真结果计算了作用在阀芯上的平衡力及液动力，分析比较了两种不同流道结构的浮止阀。研究结果可为合理设计浮止阀结构及研究同类元件提供借鉴。     

核级截止阀三维流场的数值模拟研究

针对核电站使用的截止阀工作状态下的结构特点,基于计算流体力学理论,采用Realizable?K?Epsilon湍流模型以及Enhanced Wall Treatment处理方法,研究截止阀内部流场的压力、速度及流动状态等流场特性。结果表明,由于受对流影响,阀体中部壁面处速度过大,易对阀体内表面造成损害;阀体下方存在较大的旋涡,此处涡流形成的剧烈湍动造成湍动能增加,是流动过程中能量损失和振动的主要原因之一。研究结果对核级阀门的设计及优化具有参考作用。     

Study on the influence of structural parameters on the flow and cavitation characteristics of tandem multi-stage pressure-reducing valves

Tandem multi-stage pressure-reducing valves (TMSPRV) are widely used for piping systems in the process industry. The flow coefficient is a central factor in valve design. The cavitation was caused by the local pressure of the fluid passing through the pressure-reducing valve being lower than the saturated steam pressure. Would cause serious damage to the pipeline system. Therefore, it is important to investigate systematically the effect of throttling structure parameters on the flow and cavitation characteristics of valves. In this paper, a combination of experimental and numerical simulations was used to study the effect of different structural parameters of valves on the flow coefficient. The results showed that increasing the flow channel inclination is beneficial to enlarging the flow coefficient. Meanwhile, the effects of different structural parameters on pressure and velocity of pressure reducing valves are discussed, the results indicated that increasing the inclination of the flow channel would reduce the vortex volume at the outlet. With the increase of the chamfer, the low-pressure area caused by the vortex in the near-wall surface decreases. Numerical simulations are conducted to investigate the effect of different structural parameters on the cavitation characteristics of valves. The numerical results showed that the flow channel inclination angle is 60° and the flow channel chamfer is less than 6 mm as the optimal value. In summary, considering the influence of structural parameters on flow coefficient, flow characteristics, and cavitation characteristics. The runner inclination angle is 60°, and the runner chamfer is 4 mm as the best value. The research work in this paper could provide technical support to achieve a better fluid pressure reducing and flow state of the TMSPRV under severe working conditions.     

中心型蝶阀流场的数值模拟研究

利用CFD软件FLUENT对中心型蝶阀流场进行数值模拟。计算模型采用不可压缩流动的雷诺时均方程组,紊流模型采用标准模型,离散方程的求解采用压力耦合方程组的半隐式方法(SIM-PLE算法)。对阀门在不同开度情况下,流场状况分别进行了数值模拟,分别得到速度场,压力场,速度矢量场。定性的给出了阀门在不同开度下重要部位的受力情况,比较直观的给出了阀门在不同工况下流道内部的速度分布,为分析阀门内部受冲击状况提供了依据。由对阀门开度的不断变化,得到了涡流的形成过程,及速度对涡流形成及扩展的影响。