本文關(guān)鍵詞：活塞式調(diào)節(jié)閥流場(chǎng)特性分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

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【摘要】：調(diào)節(jié)閥是工業(yè)生產(chǎn)中重要的控制設(shè)備,高性能與低能耗調(diào)節(jié)閥的研發(fā)與使用有助于提高工業(yè)生產(chǎn)效率和能源使用率。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,高性能調(diào)節(jié)閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜,依靠實(shí)驗(yàn)研究和理論計(jì)算為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)難以滿足高性能調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)要求,而應(yīng)用CFD數(shù)值模擬方法來(lái)輔助高性能調(diào)節(jié)閥的研究與設(shè)計(jì)是未來(lái)研究的趨勢(shì)。這一方法的應(yīng)用,不僅可以對(duì)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行更加深入的研究,并且能有效提高設(shè)計(jì)效率和降低研發(fā)成本。本文通過(guò)CFD數(shù)值模擬方法對(duì)活塞式調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流場(chǎng)特性進(jìn)行模擬分析,并在此基礎(chǔ)上找出調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流道的不足從而提出優(yōu)化方案。首先通過(guò)三維建模軟件Solidworks對(duì)株洲南方閥門股份有限公司提供的DN450型活塞式調(diào)節(jié)閥進(jìn)行三維實(shí)體建模,并導(dǎo)入ANSYS Workbench協(xié)同仿真平臺(tái)中,抽取調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流道并劃分網(wǎng)格;然后根據(jù)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流場(chǎng)的粘性流動(dòng)、湍流流動(dòng)以及多相流流動(dòng),并結(jié)合流體力學(xué)基本理論與方法,建立調(diào)節(jié)閥的三維流場(chǎng)控制方程;應(yīng)用集成在ANSYS Workbench中的CFD模擬軟件Fluent對(duì)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算,計(jì)算完成后運(yùn)用專業(yè)后處理軟件Tecplot對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行可視化分析,得到其流量特性曲線以及內(nèi)部流場(chǎng)的壓力、速度、流線以及汽化體積分?jǐn)?shù)分布云圖。在模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上,分析流道內(nèi)產(chǎn)生漩渦和氣蝕的原因,從而找出原結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流道的不足,提出增加多層降壓和內(nèi)部引流結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案,并進(jìn)行計(jì)算校核,最后對(duì)優(yōu)化前后的模型進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明優(yōu)化后結(jié)構(gòu)在一定程度減少了漩渦和氣蝕的產(chǎn)生。本文的研究結(jié)果為活塞式調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供了可靠依據(jù),對(duì)于其他類型調(diào)節(jié)閥的研究也有一定的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：調(diào)節(jié)閥 CFD數(shù)值模擬 流場(chǎng) 空化 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 多級(jí)降壓
【學(xué)位授予單位】：湖南工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH134
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 論文研究的背景與意義9-10
• 1.2 調(diào)節(jié)閥概述10-14
• 1.2.1 調(diào)節(jié)閥介紹10-11
• 1.2.2 調(diào)節(jié)閥的發(fā)展11-13
• 1.2.3 國(guó)內(nèi)調(diào)節(jié)閥行業(yè)現(xiàn)狀13-14
• 1.3 調(diào)節(jié)閥國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 主要研究手段14
• 1.3.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3.3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容16-17
• 1.5 本章小結(jié)17-18
• 第二章 活塞式調(diào)節(jié)閥的基本特性與數(shù)值模擬相關(guān)理論18-30
• 2.1 活塞式調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)與基本特性18-21
• 2.1.1 活塞式調(diào)節(jié)閥的特點(diǎn)18-19
• 2.1.2 調(diào)節(jié)閥的流量特性19-20
• 2.1.3 調(diào)節(jié)閥的空化現(xiàn)象20-21
• 2.2 調(diào)節(jié)閥流場(chǎng)分析相關(guān)理論21-27
• 2.2.1 調(diào)節(jié)閥流場(chǎng)分析控制方程21-22
• 2.2.2 湍流模型基本方程22-23
• 2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)k-ε 模型23-24
• 2.2.4 Mixture混合相模型方程24-25
• 2.2.5 數(shù)值離散方法25-27
• 2.3 協(xié)同仿真平臺(tái)ANSYS Workbench27-29
• 2.3.1 ANSYS Workbench簡(jiǎn)介27-28
• 2.3.2 CFD模擬計(jì)算軟件Fluent介紹28
• 2.3.3 Design Exploration優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 活塞式調(diào)節(jié)閥數(shù)值模擬與分析30-44
• 3.1 活塞式調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬30-34
• 3.1.1 流場(chǎng)數(shù)值分析的主要步驟30
• 3.1.2 幾何建模及網(wǎng)格化分30-31
• 3.1.3 網(wǎng)格劃分31-32
• 3.1.4 求解設(shè)置32-34
• 3.2 流量特性分析34-35
• 3.3 流場(chǎng)可視化分析35-43
• 3.3.1 開(kāi)度 10%時(shí)流場(chǎng)分析35-37
• 3.3.2 開(kāi)度 40%時(shí)流場(chǎng)分析37-38
• 3.3.3 開(kāi)度 70%時(shí)流場(chǎng)分析38-40
• 3.3.4 開(kāi)度 100%時(shí)流場(chǎng)分析40-41
• 3.3.5 汽蝕分析41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第四章 活塞式調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化44-58
• 4.1 原模型存在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題與優(yōu)化目標(biāo)44-45
• 4.2 調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化45-49
• 4.2.1 新結(jié)構(gòu)的提出45-46
• 4.2.2 多級(jí)迷宮式降壓結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析46-49
• 4.2.3 增加引流結(jié)構(gòu)49
• 4.3 基于Workbench Design Exploration的最優(yōu)化設(shè)計(jì)49-52
• 4.3.1 最優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本流程49-50
• 4.3.2 最優(yōu)化計(jì)算模型的建立50-52
• 4.3.3 最優(yōu)化計(jì)算結(jié)果與分析52
• 4.4 優(yōu)化前后對(duì)比分析52-56
• 4.4.1 優(yōu)化后模型流量特性分析53-54
• 4.4.2 優(yōu)化后模型流場(chǎng)分析54-55
• 4.4.3 優(yōu)化后模型小開(kāi)度汽蝕分析55-56
• 4.5 不同公稱通徑或壓力時(shí)的優(yōu)化56-57
• 4.6 本章小結(jié)57-58
• 第五章 總結(jié)與展望58-60
• 5.1 全文總結(jié)58-59
• 5.2 工作展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要研究成果及參與科研項(xiàng)目63-64
• 致謝64

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：844865