Study on the design of control valve for U-shaped noise reduction cage and its fluid flow features and noise

In response to technical issues such as the ineffective noise reduction impact of balanced cage and single-seat control valves, the U-shaped noise reduction cage control valve is investigated and developed. In addition, its equal percentage flow properties and noise reduction impact are good, allowing it to effectively minimize the noise created by the change of fluid parameters of medium such as vapor, gas, and gas-liquid two-phase flow. The flow coefficient and flow properties were analyzed. The noise features of the medium air flow at small and large openings of 30% and 85% are simulated and analyzed, respectively. The pressure, velocity, and temperature of the inlet and outlet air, as well as the sound intensity maximum and sound power level maximum, are also analyzed with the opening curves. A small opening of 30% was selected, and the noise characteristics of cavitation generated by the medium water flow were simulated and analyzed. Together with the pressure and temperature change curves of the incoming water, the volume maxima and density minima of water are studied. The maximum sound intensity and sound power level of water are analyzed using the pressure and temperature curves of inlet water, as well as the cavitation coefficient and the degree of opening. The results of the trial for the pressure resistance of the valve body and the trial for the valve seat seal indicate that both the valve body strength and the valve seat seal meet the specifications. Comparing the noise trial results and simulation results reveals that the sound intensity and sound power level assessed by the trial and simulation are comparable, and the noise reduction impact of the control valve is positive.     

2D伺服阀矩形和弓形先导级气穴特性及影响因素

二维(2D)伺服阀因其阀芯集旋转和平移运动于一体,且具有先导控制和功率放大的特性,被广泛应用于航空、军工等领域的液压系统中。由于伺服阀先导级的节流口面积非常小,流体流经此处后会因压力骤降而产生气穴现象,将直接影响伺服阀的工作特性。利用Fluent软件,在不同的阀口开度、敏感腔体积、入口压力下,对矩形和弓形2D伺服阀的先导级阀口和流道进行了两相流仿真。结果表明:矩形和弓形先导级阀口均存在一个最佳开度,对气穴现象的抑制能力最强;矩形先导级结构内的气穴现象,受敏感腔体积变化的影响较明显;入口压力越大,敏感腔体积越大,气穴现象越显著,先导级内气体含量越多。     

水滴迷宫式调节阀空化特性计算与结构改进

针对超(超)临界机组中水滴迷宫式调节阀在高温高压工况下引起的严重气蚀问题,基于计算流体力学理论和空化机理,选用标准k-ε湍流模型、Mixture模型和Schnerr-Sauer空化模型,比较了改进前后调节阀在典型开度下的压力、速度、气相体积分数等结构性能.计算结果表明:原始碟片结构压降大,最大可至19.95 MPa,流...     

2D伺服阀矩形先导控制阀口气穴特性研究

为研究双自由度（2D）伺服阀先导控制阀口处气穴现象的影响因素及对阀芯稳定性的影响,运用Fluent软件中cavitation模型对2D伺服阀矩形先导阀口进行了气穴特性的仿真研究。研究表明,在出口压力低于1 MPa时,阀口处会出现气穴现象,且因气穴指数σ较小,故在弓形感受通道会出现气泡现象,出口压力高于5 MPa时,无明显气泡现象但阀口处的气穴仍然存在;随着入口流速增加,阀口内侧壁和外侧壁处气穴强度和分布范围增加;在出口压力0.1 MPa情况下,随着阀口开度增加气穴现象减弱。结果表明,2D伺服阀正常工作时先导阀口处会产生气穴,对伺服阀阀芯运动的稳定性产生干扰。     

Mechanism for cavitation phenomenon in mechanical heart valves

Recently, cavitation on the surface of mechanical heart valve has been studied as a cause of fractures occurring in implanted Mechanical Heart Valves (MHVs). It has been conceived that the MHVs mounted in an artificial heart close much faster than in vivo sue, resulting in cavitation bubbles formation. In this study, six different kinds of monoleaflet and bileaflet valves were mounted in the mitral position in an Electro-Hydraulic Total Artificial Heart (EHTAH), and we investigated the mechanisms for MHV cavitation. The valve closing velocity and a high speed video camera were employed to investigate the mechanism for MHV cavitation. The closing velocity of the bileaflet valves was slower than that of the monoleaflet valves. Cavitation bubbles were concentrated on the edge of the valve stop and along the leaflet tip. It was established that squeeze flow holds the key to MHV cavitation in our study. Cavitation intensity increased with an increase in the valve closing velocity and the valve stop area. With regard to squeeze flow, the bileaflet valve with slow valve-closing velocity and small valve stop areas is better able to prevent blood cell damage than the monoleaflet valves.     

水压锥阀流场的CFD计算与分析

建立了水压锥阀的几何模型和数学模型,利用Fluent软件对其内部运动流场进行了CFD解析,解析结果以可视的速度场和压力场分布给出,并对计算结果进行了分析。由分析结果可知：随着锥阀开度的增大,入口速度逐渐增大,流量相应增加。出口压力不变,随着入口压力变大,阀腔负压增大,增大出口压力有助于减小负压．消除气蚀和不稳定。     

某双阀芯电液比例多路阀主阀进口节流流场及阀口压降特性研究

以某系列双阀芯电液比例多路阀为研究对象,采用CFD流场仿真技术和PIV可视化测速技术对不同阀口开度和流量下的主阀沿进口流道、节流口、阀腔的流场进行了流体仿真和试验可视化研究。应用Fluent软件仿真研究了主阀进口节流流场分布并得出阀口压降特性;采用PIV试验研究的手段对流场分析结果加以验证,应用2D-PIV技术获得主阀腔内部一个截面上的流场分布,并通过相似理论计算得出阀口压降特性。CFD流场仿真和PIV试验结果表明：该双阀芯电液比例多路阀主阀出油环形腔内会形成较大旋涡,且阀口开度和流量对主阀进口节流内部流场结构和阀口压降特性有重要的影响。研究结果对定性分析双阀芯电液比例多路阀主阀内能量损失和噪声、主阀的结构和流道的设计以及优化具有重要实际意义,为CFD技术和PIV技术在双阀芯多路阀领域的应用研究提供了参考。     

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...     

调压阀流体空化特性仿真及影响因素分析

针对船用二级调压阀空化问题,建立流域瞬态仿真模型,结合Singhal空化模型和标准k-ε湍流模型对调压阀流体空化现象进行数值模拟,通过流场气体体积分数分析,得出了流体空化强度及分布形态的演变规律,通过流体速度场和压力场分析,阐明了空化演变过程调压阀流场特性,进而研究了开度、流量和背压对调压阀流体空化现象的影响规律.结果...     

乳化液泵配流机理的试验研究

乳化液泵属于多柱塞阀配流往复式容积泵,以进、排液阀完成配流任务,实践中为了达到流量调节目的往往采用变频驱动技术。采用线性可变差动变压器（Linear Variable Differential Transformer,LVDT）位移传感器测量了进、排液阀阀芯和柱塞位移规律,并同步采集了泵出口处的压力数据。试验结果显示：排液阀阀芯在不同曲轴转速下的行程是变化的,且均未达到由限位结构决定的限位高度;排液阀阀芯在开启过程中存在着抖动,这种开启行程中的反向运动是由泵出口处的压力脉动导致;进、排液阀开启过程均存在滞后,而排液阀关闭滞后不明显,进液阀关闭滞后随着曲轴转速的下降而缓解。为了降低这类泵曲轴转速降低时引发的压力脉动加剧现象,可考虑采用主动控制进液阀启闭时刻的方式实现流量调节目的。     

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。     

直角截止阀噪声特性分析及优化设计

针对直角截止阀振动噪声较大的实际问题,建立了某型号直角截止阀的流场结构,并利用CFD数值计算方法对其在不同开度下的压力、速度和湍流动能进行了计算。计算结果显示,直角截止阀在阀口位置具有明显的空化现象和湍流噪声,且阀口开度越小,噪声问题越明显。针对该问题,对直角截止阀的阀芯、阀座和回油腔流道结构进行了低噪声优化设计和计算分析。计算结果表明,优化后的新型直角截止阀与原阀相比,空化系数减小了10%以上、湍流噪声降低了20 dB以上,具有良好的低噪声性能。     

全周边液压滑阀冲蚀形貌及性能演化特性

针对高端液压元件因滑阀冲蚀磨损引起阀口轮廓变动与性能不确定性问题,考虑颗粒物撞击阀口的概率事件,提出了基于Edwards冲蚀模型的全周边滑阀冲蚀圆角定量计算方法,并以阀控对称缸为例,揭示了四边滑阀各阀口冲蚀后的轮廓及阀特性的演化规律。研究结果表明,阀口的冲蚀圆角由颗粒物尺寸、颗粒物数量、撞击速度、阀口大小等因素直接决定;阀口流量越大、颗粒物数量越多、压差越大,颗粒物的撞击速度就越大;颗粒物尺寸相对阀口开度越大,颗粒物撞击阀口的概率就越大;在阀控缸动力机构中,液压缸的结构尺寸、运动速度、负载决定了各个阀口流量、压降和阀口开度。在负载恒定、液压缸恒速情况下,阀控对称缸4个阀口的流量相同但压降不同,冲蚀后的阀口圆角不一致。冲蚀导致滑阀压力增益降低,泄漏量增大,且产生零偏,零偏位移可通过惠斯通桥路平衡原理求出。     

船用吹除阀的优化设计与数值研究

基于CFD技术,以静压进口和静压出口作为边界条件,采用标准k-ε湍流模型对8种不同阀芯结构和进口流道形状的船用吹除阀内部流动特性进行数值研究。研究结果表明,阀芯结构对质量流量的影响较小,影响偏差值为0.18kg/s;进口流道形状对质量流量影响较大,影响偏差值为1.41kg/s。阀芯结构对内部流动影响较小,进口形状对内部流动具有较大影响,锥管进口的速度变化梯度高于直管进口,锥管进口涡的强度大于直管进口。船用吹除阀设计时,建议采用Rt=2mm的弧形阀芯和直管进口形式.     

Numerical analysis of 3-D flow through LNG marine control valves for their advanced design

A numerical analysis of three dimensional incompressible turbulent flows through high pressure drop control valves was carried out by using a CFD-ACE code to develop anti-cavitation control valve used in LNG marine system. For this, numerical simulation was performed on several models of control valve that have different orifice diameters of anti-trim and the size of valve discharge. In this study, flow characteristics of control valves with complex flow fields including pressure drop, cavitation effect and variation of flow coefficient as well as correlation of discharge coefficient were investigated and analyzed. Comparing with conventional control valves, newly designed valves by using the CFD analysis showed an improved flow pattern with reduced cavitation and an anticipated performance characteristic. This paper was presented at the 9^th Asian International Conference on Fluid Machinery (AICFM9), Jeju, Korea, October 16–19, 2007.     

基于节流-分流耦合的高压高速节流口空化抑制方法

开展高压高速节流口的空化抑制方法研究是提升阀的寿命和可靠性的关键环节。针对高压高速节流口空化破坏严重的问题,提出了一种基于节流-分流耦合的空化抑制方法。该方法采用多级节流的方式,实现阀口压降的多级承担,有效减小阀口压力梯度并降低流速;通过在阀出口采取多排孔分流的方式,改善流线布局,减少流体冲击。以电磁卸荷阀为例,分析卸荷阀动态性能,获得高压高速节流口实际工况,开展高压高速工况下节流口流体仿真。仿真结果显示,相较多级节流方式和多孔分流方式,所提出的方法可显著改善流场的压力和流速分布,实现了阀口空化现象的有效抑制。     

不同开口度下的煤矿水液压安全阀的气蚀特性

针对煤矿水液压安全阀存在的严重气蚀问题,建立双排阀口的CFD模型,分析了不同启动次序和开口度的阀腔气相体积分数和压力分布云图,并得到其影响规律及最佳的阀口开启次序。研究表明:3种开启方式下,开口度为0.8~1.2 mm时气蚀均较为严重;同步开启时,综合抗气蚀效果最差,开口度为0.8~1.2 mm时极易形成涡旋,且对气蚀现象有扩大作用;阀口1,2依次开启时,阀腔内部的气穴气蚀现象也较明显,最大气相体积分数值达98.3%,气穴范围也较大;阀口2,1依次开启时,其阀口1附近尾椎部分高压区域可以补偿压降,从而降低阀芯内部流场最大气相体积分数,且在阀口2开口度为0.8~1.2 mm时,相对其他2种开启方式,最大气相体积分数和面积分别降低了25.7%,18.6%,抗气蚀效果最佳。     

基于Fluent的挖掘机多路阀动臂联流场分析

针对多路阀在使用过程中的发热、异响、压力损失过大等问题，应用数值模拟的方法对液压挖掘机多路阀动臂联进行流场分析。基于流体动力学理论，利用Fluent软件得到了动臂2联阀芯在开启过程中，节流槽前、后的流速、压力及其差值的变化情况。通过数据分析，得到了多路阀动臂联稳态流场的内部流动规律和稳态液动力变化规律。观察发现动臂2联阀口开度在2.1～4 mm时，压差与速差同时发生突降现象，并且液动力的变化较大，容易产生振动、噪音和气穴等现象。研究结果表明，通过对多路阀阀芯开启过程的流场分析，所获得的流速、压力和液动力等数据可以作为多路阀优化设计的参考依据，从而提升多路阀的工作效率和使用寿命。     

挖掘机多路阀回转联阀口流场仿真分析

针对挖掘机多路阀回转联阀口部位采用CFD仿真的方法对阀口流道进行数值模拟。在Fluent软件中采用基于压力基求解模型、绝对速度公式方法和Realizable κ-ε湍流模型对多路阀回转联阀口流场进行稳态数值模拟,分析不同阀口开度、入口速度和出口负载下的速度和压力仿真云图,得到具体影响效果,并进行了相关的试验。结果表明:阀口开度的改变会显著影响阀口处流体的速度场和压力场的分布,阀口对流体具有节流作用,阀口开度越小节流作用越大;入口速度的变化对流体的速度场和压力场的分布影响不大,但是会明显影响流体的速度, 而对于压力大小的影响较弱;在 Fluent 仿真软件中,当设定边界条件为速度入口和压力出口时,对于出口压力,只改变压力的大小,对压力场分布基本不产生影响,最后通过试验验证了仿真的正确性。     

给水泵最小流量循环阀结构设计及数值模拟

最小流量循环阀是保护给水泵安全运行的重要流量控制部件.通过对两种迷宫流道以及两种最小流量循环阀整体模型进行模拟分析和对比,检验了不同流道通流面积和不同流道数量对其性能的影响.结果 表明,迷宫盘降压结构具有良好的压降控速效果,可以有效避免汽蚀现象的产生;采用12流道迷宫盘降压结构的最小流量循环阀的综合性能更优,压力分布更...