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基于CFD技术的调节阀流动特性的研究

作　者: 杨丽
导　师: 徐宏海
学　校: 北方工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 调节阀 CFD 数值模拟内部流场结构改进
分类号: TH134
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 345次
引　用: 4次
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内容摘要

调节阀广泛应用于化工、石油、冶金、电力、轻工、水利、船舶以及航空等领域。它是流体输送系统中重要的控制部件,同时也是产生能耗的元件,因此,研究调节阀水力特性,对于降低能耗,提高能源的利用率具有十分重要的意义。调节阀种类繁多,内部结构差异很大,内部形状结构和流动状态都很复杂,对于水力特性的研究还主要是以试验为主,成本高,耗时长,不利于新产品的开发。随着电子计算机以及CFD技术的迅速发展,CFD数值模拟的优越性也越来越明显:详细的显示调节阀的内部流场,研究成本低,周期短,便于优化设计;因此,在阀门的设计中也得到了应用。本文应用流体力学和计算流体力学的有关理论,结合商用的CFD软件,对单座二通调节阀以及套筒型平衡阀进行内部三维粘性流场的数值模拟,得到了调节阀内部详细的流动情况:速度场、压力场分布、流线走向、漩涡、二次流等,分析了压降-流量关系、流量特性曲线以及阻力特性等,并与实验数据进行了比较,表明Fluent可以应用于调节阀的流场分析。在此基础上,对阀体流道结构进行了改进,对比分析了几种结构的阻力系数,紊流动能以及耗散率大小以及经济性等,得到了较理想的阀体流道结构。其研究结果为设计高效率,低能耗的调节阀提供了理论依据。同时对于其它类型阀门的结构改进也有一定的参考价值和指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 引言  9
  1.2 选题背景及意义  9-10
  1.3 调节阀简介  10-11
  1.4 计算流体力学简介  11-12
    1.4.1 计算流体力学概述  11
    1.4.2 计算流体力学的模拟过程  11-12
  1.5 国内外的研究状况  12-15
  1.6 本文研究的主要内容、方法和思路  15-16
    1.6.1 主要内容  15
    1.6.2 研究方法  15
    1.6.3 研究思路  15-16
第二章计算流体力学相关理论  16-25
  2.1 计算流体力学的控制方程  16-17
  2.2 计算流体力学的计算方法  17-18
  2.3 网格生成技术  18-19
  2.4 紊流理论  19-21
    2.4.1 紊流特性  19-20
    2.4.2 紊流方程  20-21
  2.5 SIMPLE算法  21-23
  2.6 CFD软件介绍  23-25
第三章调节阀相关理论  25-30
  3.1 二通调节阀流量特性  25-28
    3.1.1 调节阀流量系数  25
    3.1.2 调节阀的可调比  25-26
    3.1.3 调节阀的流量特性  26-28
  3.2 调节阀流量实验  28-30
第四章单座二通调节阀内部流场的模拟分析  30-47
  4.1 前处理  30-31
    4.1.1 结构几何模型  30-31
    4.1.2 网格模型  31
    4.1.3 边界条件  31
  4.2 模拟计算  31-32
  4.3 计算结果以及分析  32-47
    4.3.1 内部流场分析  33-37
    4.3.2 试验数据  37-39
    4.3.3 压降-流量分析  39-42
    4.3.4 紊流动能以及耗散率  42-43
    4.3.5 流量特性曲线  43-45
    4.3.6 不同口径压降-流量分析  45-47
第五章平衡阀内部流场的模拟分析  47-65
  5.1 前处理  47-48
    5.1.1 结构几何模型  47-48
    5.1.2 网格模型  48
    5.1.3 边界条件  48
  5.2 模拟计算  48
  5.3 计算结果以及分析  48-63
    5.3.1 内部流场分析  49-53
    5.3.2 试验数据  53-55
    5.3.3 压降-流量分析  55-59
    5.3.4 紊流动能以及耗散率分析  59
    5.3.5 流量特性曲线  59-63
  5.4 误差原因分析  63-65
    5.4.1 数值计算误差原因  63-64
    5.4.2 实验测试误差原因  64-65
第六章流道结构的改进  65-76
  6.1 阀体流道结构存在的问题  65
  6.2 流道结构的改进模型  65-68
  6.3 改进模型数值计算  68-69
  6.4 计算结果及对比分析  69-75
    6.4.1 流场分析  70-73
    6.4.2 压力损失以及能量耗散结果分析  73-75
  6.5 流道结构改进的建议  75-76
结论和展望  76-78
参考文献  78-82
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  82-83
致谢  83

基于CFD技术的调节阀流动特性的研究

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