调节阀内部流场的数值模拟及优化分析
调节阀论文 流量特性论文 流量系数论文 数值模拟论文 优化论文
论文详情
随着自动化程度的不断提高和流程工艺的发展,调节阀已日益广泛地应用于冶金、电力、化工、石油、轻纺、建材等工业部门中。调节阀在调节系统中是必不可少的,是过程控制工业里最常用的终端控制元件,它是组成工业自动化系统的重要环节,被称之为生产过程自动化的“手脚”。调节阀接受标准控制信号,将控制信号变成相应的机械位移,改变阀门的流通面积,从而达到对被控对象参数(压力、流量、温度、液位等)的控制目的,保证过程控制系统连续、有效的正常运行。调节阀是工业自动化仪表中使用问题最多的产品,调节阀的品种多、规格多,可靠性差,调节阀的流量特性与工业过程被控对象特性不匹配,造成控制系统品质变差,调节阀是耗能设备,应降低调节阀的能耗,提高能源的利用率。计算流体动力学(CFD)以计算机作为模拟手段,运用一定的计算技术寻求流体力学各种复杂问题的离散化数值解。CFD方法在产品的设计中的应用使得产品的结构设计更趋于合理。近年来,在阀门设计中CFD数值模拟也得到应用。本文主要工作:一、针对使用广泛的某一类型参数的套筒型调节阀,应用三维建模软件建立阀门内部流场模型,通过CFD前处理器生成计算网格,应用CFD软件进行离散求解,可以得到调节阀内部流场的可视化图形,如压力、速度等矢量图,等值线图等。通过数值模拟不同开度下流量,得到调节阀的流量特性曲线,与试验测定的数据进行了比较分析,得出的结论是本文所建的模型是正确可靠的。二、以降低湍动能和湍流耗散率为目标,对能量损失严重的部位进行流道优化,再对优化改进后的流道进行数值模拟,与改进前的流道数值模拟进行比较,得出最优改进模型,并对流道优化提出建议。通过数值模拟计算得到了套筒调节阀的流量特性曲线和阀门流道内三维流动的详细情况。CFD数值模拟的优势尤其表现在新产品的研制开发中,它不但能大幅度取代常规实验提供各种流动特性参数,而且能通过揭示流场三维分布形态为优化设计提供详细依据;文中所采用CFD方法必将大大提高套筒型调节阀设计的技术含量与产品质量,可缩短调节阀的设计和加工周期,节省大量成本,并且通过流道优化,对降低流体流过调节阀的能量损失,提高能源利用率等具有十分重要的意义。
摘要 | 第7-8页 |
Abstract | 第8-9页 |
第1章 绪论 | 第10-15页 |
1.1 调节阀的现状和发展 | 第10-13页 |
1.1.1 调节阀的历史和现状 | 第10-12页 |
1.1.2 调节阀应用中存在的问题 | 第12页 |
1.1.3 调节阀的发展方向 | 第12-13页 |
1.2 CFD方法在调节阀中应用 | 第13-14页 |
1.3 本文研究的主要内容 | 第14-15页 |
第2章 调节阀的结构及特性 | 第15-21页 |
2.1 调节阀的主要类型 | 第15-16页 |
2.2 调节阀的节流原理与流量系数 | 第16-18页 |
2.3 调节阀的流量特性 | 第18-21页 |
2.3.1 调节阀的可调比 | 第18页 |
2.3.2 调节阀的流量特性 | 第18-21页 |
第3章 CFD理论基础及软件 | 第21-35页 |
3.1 CFD理论基础 | 第21-28页 |
3.1.1 流体力学的控制方程及离散 | 第21-25页 |
3.1.2 湍流模型理论 | 第25-28页 |
3.1.2.1 零方程模型 | 第26页 |
3.1.2.2 一方程模型 | 第26页 |
3.1.2.3 两方程模型 | 第26-28页 |
3.2 CFD的求解过程及软件 | 第28-35页 |
3.2.1 CFD的求解过程 | 第28-31页 |
3.2.2 CFD软件结构与简介 | 第31-35页 |
3.2.2.1 CFD软件结构 | 第31-32页 |
3.2.2.2 CFD软件简介 | 第32-35页 |
第4章 调节阀内部流场数值模拟 | 第35-49页 |
4.1 内部流场模型建立 | 第35-37页 |
4.1.1 流道模型建立 | 第35-36页 |
4.1.2 网格划分 | 第36-37页 |
4.2 求解过程 | 第37-38页 |
4.3 流场计算结果的可视化及与试验比较分析 | 第38-47页 |
4.3.1 数值模拟 | 第38-43页 |
4.3.1.1 开度100%时流场分析 | 第38-40页 |
4.3.1.2 开度70%时流量特性及流场分析 | 第40-43页 |
4.3.2 试验研究 | 第43-44页 |
4.3.3 比较分析 | 第44-47页 |
4.3.3.1 100%开度下数值模拟与试验数据比较 | 第44-45页 |
4.3.3.2 70%开度下数值模拟与试验数据比较 | 第45-47页 |
4.4 理想流量特性模拟分析及结论 | 第47-48页 |
4.4.1 理想流量特性模拟结果 | 第47页 |
4.4.2 理想流量特性试验结果 | 第47页 |
4.4.3 理想流量特性比较分析 | 第47-48页 |
4.5 结论 | 第48-49页 |
第5章 流道改进优化分析 | 第49-59页 |
5.1 改进的流道建模 | 第49-50页 |
5.1.1 当前流道流动存在的问题 | 第49页 |
5.1.2 解决的方法 | 第49-50页 |
5.2 改进的流道网格划分及求解 | 第50-51页 |
5.3 改进前后的模型模拟与分析比较 | 第51-57页 |
5.3.1 改进后模型1流动模拟分析 | 第51-53页 |
5.3.2 改进后模型2流动模拟分析 | 第53-55页 |
5.3.3 改进后模型3流动模拟分析 | 第55-57页 |
5.4 流道优化结果及建议 | 第57-59页 |
结论 | 第59-61页 |
参考文献 | 第61-63页 |
致谢 | 第63-64页 |
附录 攻读学位期间所发表的学术论文 | 第64页 |
论文购买
论文编号
ABS1988731,这篇论文共64页
会员购买按0.30元/页下载,共需支付
19.2。
不是会员,
注册会员!
会员更优惠
充值送钱!
直接购买按0.5元/页下载,共需要支付
32。
只需这篇论文,无需注册!
直接网上支付,方便快捷!
相关论文