基于FLUENT的全焊接球阀在不同介质下流场的模拟及分析

利用FLUENT软件对全焊接球阀(筒状)内部三维流场进行数值模拟,探究球阀从关闭到完全开启过程的流量特性。以不可压缩介质(水)为例,分析7个不同开度(10%、30%、50%、70%、80%、90%、100%)下球阀内部流场的变化情况,得到该球阀的前后压差和进出口流量,并计算得到球阀的流阻系数,然后根据相关公式求得不同开度下水的流量系数。通过对比可压缩介质与不可压缩介质的特性,利用密度比转换,求得可压气体(天然气)在不同开度下的流量系数,进而得到可压气体的流量系数与开度之间的关系曲线。与球阀的工作流量特性对比分析发现,模拟结果符合实际,为可压缩介质在球阀中流动状态的研究提供参考。     

基于Simerics MP+的核电厂主给水调节阀流量特性数值模拟

核电调节阀的流量特性是核电厂应用时最为关注的问题之一。文章基于Simerics MP+对核电厂主给水调节阀流量特性进行数值模拟,并与传统通用CFD软件（Fluent软件）计算结果和试验结果进行对比。其结果表明:此核电主给水调节阀相对开度小于70%时,为等百分比流量特性;相对开度大于70%时,接近线性流量特性;Simerics MP+的计算结果与试验结果的相对误差较小,接近调节阀流量特性真实值,证明基于Simerics MP+的方法表现更优。Simerics MP+在阀门动态研究方面具有易实现的优势,可为核电调节阀动态研究提供参考。     

锥型节流阀流量特性

针对不同结构参数的锥型节流阀阀口,分别分析了三角形(45°,53°,60°)、U形、矩形节流槽的特征,推导了各自的过流面积计算公式,并依据节流阀流量压差特性试验,利用Matlab程序进行处理,获得了不同阀芯锥型节流阀的流量系数。研究表明:锥型节流阀的流量系数不仅与系统压力、阀口开度有关,还与节流槽的结构有直接的关系。锥型节流阀的流量系数随着压力的升高而增大;随着阀口开度的增大而减小。53°和60°三角形节流槽阀芯的流量系数稳定性要好于其他3种结构,45°三角形节流槽阀芯的流量系数最不稳定。     

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...     

过热蒸汽三偏心蝶阀流量特性研究与优化

为获得过热蒸汽三偏心蝶阀的流量特性并对其优化,文章建立三偏心蝶阀CFD模型,使用3参数S-R-K状态方程模拟过热蒸汽密度,采用多项式拟合比热容、导热系数、黏度系数在工况中的变化,将求解计算后得到的流量系数绘制成流量特性曲线图。由曲线图可知,在开度为80°~ 90°时三偏心蝶阀的流量特性严重偏离等百分比特性。针对这一问题,考虑改变三偏心蝶阀外形结构,形成了消去凸台、减小锥面斜度、增减偏心距等10个方案,并分别将不同方案计算后得到的流量系数拟合成曲线进行比较,找出最优的方案,然后通过分析压力场和速度场进一步验证优化方案的有效性。研究结果表明,改变蝶板底面与压板外端面的距离最有利于流量特性的优化。该研究可为设计人员提供参考方向。     

天然气计量检定站检定流程工艺模拟研究

天然气流量计检定过程中,预期流量不易调节,降低了检定效率。针对齐河天然气计量检定流程,对在不同检定管路和检定台位下的检定流程进行了模拟研究,得到了天然气流量计检定过程中各阀门百分比行程与检定流量之间的对应关系。针对Q=3 200m3/h的预期检定流量,按模拟得到的匹配结果,得检定管路中实际流量为Q=3 235.59m3/h,二者误差为1.10%,证明了数值模拟结果正确,数值模拟的方法为提高天然气检定效率提供了一条有效的途径。     

液控换向阀内流场及动态特性的数值模拟

为获得阀口型式对液控换向阀内流场和动态响应的影响,利用CFD和Matlab Simulink数值模拟软 件对该阀进行了分析．阀内流场模拟采用两相混合流和标准k-8模型;滑阀动态响应研究是基于滑阀运动 的物理方程在Matlab Simulink平台上开展的．对3种阀口流场进行稳态和瞬态分析,得到流量系数、入流射 流角度和滑阀所受轴向力．分析结果表明：阀口开度越小、流量越大,轴向力和气穴产生的可能性都增大;滑 阀运动速度越大,开阀过程产生气穴可能性越大,闭阀过程相反;阀口开度为2 mm,流量在35 L/min以下不 产生气穴;液动力方向始终为开阀方向,常用公式计算结果与实际不符．动态特性研究表明：K或V型阀口的 滑阀响应较快,但系统工作速度主要由阀口流量系数决定,应限制滑阀位移以避免振荡．阀口型式对液控换 向阀内流场和动态特性均有显著的影响     

球阀流场的数值模拟与分析

首先应用前处理软件GAMBIT生成简化计算模型,并采用T-Grid格式划分网格,利用FLUENT软件,对球阀流场三维分离流动进行模拟．分析不同阀芯开口度下的阀门内部流场,并提出如下结论：球阀开口度为20°时在球阀内形成了漩涡流动,整个流场以回流为主,有一对大小相等方向相反的漩涡控制阎芯的流场;当球阀开口度继续增大时,漩涡尺寸随开口度增大而持续增大;当球阎开口度大于70°时,整个流动区域漩涡流动全部消失．球阀流量系数随球阀开口度的增大而增大并呈抛物线状,开口度越大,增长的速度越快．     

截止阀调节性能的试验研究

针对供热管网平衡调节常采用的普通截止阀调节性能,即截止阀的开启度与流量的关系进行了试验研究,并经数据处理整理出了不同管径(DN15～DN50及以上)的截止阀的阻力特性数S与开启度Y之间的关系.从而为热网的水力平衡调节进行了基础性研究.     

电子膨胀阀制冷剂质量流量系数神经网络特性关联研究

在自搭建的液环法节流机构流量特性试验台上,采用R22制冷剂,试验研究节流阀开度(流通面积)、节流前后压差、入口密度、入口过冷度、出口比容、干度以及阀头半锥角和径向间隙对电子膨胀阀制冷剂流量系数的影响;利用Levenberg-Marquart(LM)方法训练BP网络,得到了各影响因素与流量系数的量化关联网络,并进行了试验验证。结果表明,得出的关联网络误差较小,介于±11.0%之间。     

喷油嘴喷孔内流动特性数值仿真与试验分析

采用X射线相衬成像技术研究喷嘴喷孔内试验的流动特性,验证数值仿真结果.利用CFD软件模拟得到入口压力下燃油的质量流量、空穴分布、有效喷射速度与无量纲流动系数,结合试验数据对流动特性进行分析.结果表明:X射线相衬成像技术的成像效果良好,仿真结果与试验结果吻合较好;喷射压力越高,更容易进入临界超空穴状态;喷孔出口速度的增幅略大于体积流量的增幅;雷诺数随着喷射压力的上升呈幂函数型上升,空穴数随着雷诺数的增加呈指数下降,流量系数都随着雷诺数的上升缓慢增加直至趋于稳定.     

基于Fluent的蝶阀三维流动的数值模拟及分析

结合生产实际,针对大口径蝶阀,运用商用流体计算软件FLUENT,对其不同开度情况下的流场形式进行了三维数值模拟分析。特别是根据分析结果对大口径蝶阀结构进行了相应的改进。分析表明,改进后的蝶阀性能明显提高,流阻系数明显降低,对阀门优化设计有着积极的借鉴作用。     

三通球阀式高速开关阀稳态液动力分析与结构改进

对于微小型高速开关阀,大流量和高频响都会增大阀芯所受的液动力进而影响其运动状态,因此,对液动力进行分析与补偿是提升高速开关阀性能的关键因素之一。为了解决球阀式高速开关阀在高频启闭状态下流场结构复杂导致传统的稳态液动力理论计算公式已不适用的问题,基于CFD数值计算方法对液动力进行研究。首先,利用COMSOL软件建立阀内流场流体域的几何模型;随后,选用弱可压缩流体、标准k-ε湍流模型并运用动网格技术,得到流体域的压力和流线分布图、流量曲线以及不同阀口开度下阀球和阀芯的稳态液动力变化曲线;最后,为了补偿阀口启闭过程中所减小的稳态液动力,根据不同的阀口结构参数与阀芯受力及阀口启闭时间之间的变化关系,对阀口结构进行优化并确定最优参数。结果表明：进油孔阀球所受的稳态液动力会随着阀口的开启产生先减小后增大的现象,但由于进油孔阀球的稳态液动力相比于回油孔阀球较小,故阀芯上的稳态液动力变化与回油孔阀球上的稳态液动力变化近似;适当减小阀球推杆直径及将靠近阀口的流道改成渐扩型流道能够有效地补偿启闭过程中所减小的稳态液动力,改进后的最优结构相较于原结构的一个周期启闭时间从1.047 ms下降到0.714 ms,稳态液动力补偿效果明显。     

水泵水轮机泵工况小流量波动特性

为了研究水泵在水轮机泵工况小流量下的流场特性,对某电站水泵水轮机进行建模.采用SIMPLEC算法和剪切压力传输模型（SST k-ω）模拟泵工况的流场特性,分析当泵工况活动导叶处于设计开度时在小流量下转轮、导叶的流场,结合实验对水泵水轮机的性能进行对比计算.结果显示,在导叶设计开度下当体积流量为设计流量的15%～53%时扬程曲线有小幅度波动;流量越小在导叶间的类似射流现象越明显,随着流量降低涡结构逐渐增多并且尺度逐渐变大,以至于充满整个活动导叶与固定导叶之间的流域;导叶的存在是小流量下扬程小幅度波动的主要原因.以上结论均可为水泵水轮机的优化设计提供依据.     

电控单体泵全工况喷油量波动影响参数量化分析

电控单体泵循环喷油量的波动直接影响其匹配船用发动机的工作稳定性和一致性.为研究系统各关键特性参数对循环喷油量波动的影响规律及成因机理,利用AMESim数值模型,揭示了低压供油压力、凸轮型线速率、柱塞配合间隙、控制阀杆升程、衔铁残余气隙、控制阀杆配合间隙、喷油器开启压力、喷油器针阀升程和喷油器流量系数等关键参数对循环喷油量的影响规律.通过量化分析,得出各特性参数对循环喷油量波动影响的百分比量化指标,在全工况平面内,低压供油压力为0～20.2%,凸轮型线速率为20.6%～42.0%,控制阀杆升程为4.0%～16.5%,喷油器开启压力为3.7%～49.8%,喷油器针阀升程为0～16.5%,喷油器流量系数为2.6%～40.5%;同时,揭示了全工况平面内负荷特性和速度特性下各特性参数对应的循环喷油量波动的百分比量化指标规律.对影响循环喷油量稳定性的关键特性参数进行量化分析,可为实现电控单体泵燃油喷射系统全工况平面循环喷油量的稳定性设计、提高电控单体泵和船用柴油机性能的一致性提供理论指导.     

翻板闸流量系数变化特性试验研究

翻板闸门开启后,门上门下两层泄流,为堰、孔混合流,复杂的流态给工程的水力设计带来了难度,现有研究均是以求得综合流量系数为目标。为分开讨论在堰、孔独立出流时的相互影响,通过开展模型试验,基于翻板闸最大开度工况下的过流特性,研究来流量大小和下游水深对翻板闸过流能力的影响。试验来流量分别为0.06、0.08、0.10、0.12 m³/s,下游水深分别为0.50、0.55、0.60、0.65 m的工况组合,共16种工况进行试验。试验结果表明下游水深一定时,流量系数与来流量呈正相关关系;来流量一定时,流量系数与下游水深呈负相关关系。该研究成果基于大开度工况,可进一步研究其他工况的流量系数。     

多孔孔板与楔形节流装置的数值模拟与标定

为了研究工程实际中多孔板和楔形节流装置内部流场的流动特性,并为流出系数的获取提供新的途径,采用计算流体动力学方法对多孔孔板节流装置和楔形节流装置的内部流场进行了数值仿真研究,并将数值模拟得到的流出系数与流量标定实验结果进行对比,来验证数值模拟结果的合理性与精确性．实验结果表明,流出系数的流量标定结果与数值模拟值之差小于4％,对多孔孔板和楔形节流装置工程设计提供了参考．     

大型电动防爆V形球阀的设计新思想

阐述了电动防爆Ｖ形球阀的结构和工作原理,分析了其流量特性及影响因素,提出了防爆设计关键问题,对Ｖ形球阀的传统结构设计进行了大的改进,使新设计的Ｖ形球阀具有调节精度高,安全防爆,密封可靠,驱动力矩小,使用寿命长的优点。     

高速电磁阀动态响应的多目标优化

为提高柴油机高速电磁阀的动态响应速度,采用数值模拟与试验相结合的方法,建立了电磁阀的数值仿真模型,通过与试验数据相对比,其吸合响应时间误差为1%,释放响应时间误差为3%,验证了仿真模型的准确性。然后选取了影响电磁阀动态响应特性的5个关键因素,结合最优拉丁方试验设计,建立了其与吸合响应时间、释放响应时间及电磁力之间的Kriging近似模型;同时基于建立的Kriging近似模型构建了电磁阀动态响应多目标优化数学模型,通过NSGA-Ⅱ遗传算法求解得到了Pareto解集,并确定了最终解。结果表明:优化后电磁阀的吸合时间减小了10.1%,释放时间减小了10.4%,其动态响应特性得到了提高,为高速电磁阀的优化设计提供了理论指导。     

基于响应面与遗传算法的液力透平叶轮优化设计

建立了基于试验设计、响应面近似和遗传算法优化的液力透平叶轮优化设计方法。通过ANSYS CFX数值模拟得到其外特性,原始模型数值计算结果与试验结果外特性吻合较好。以设计工况下的水力效率和扬程为目标函数,利用响应面方法(RSM)分别得到设计参数与目标函数之间的显式表达式,采用NSGA-Ⅱ遗传算法得到最优叶轮参数组合。优化后水力模型效率提高3.2%。结果表明,响应面方法与NSGA-Ⅱ遗传算法相结合的优化方法适用于液力透平叶轮的优化设计。