蝶阀变径与相似性研究

论文摘要

在工业领域和民用设施中,我们到处都能看到流体管路水循环系统的应用。在工业领域如钢铁、煤矿、石油、化工、电力等都离不开水循环系统；而民用领域如楼宇中央空调系统、小区集中供热等更是典型的水循环系统。面向流体管网输配节能的研究,其中阀门是最关键的控制部件。因此控制阀的设计开发具有十分重大的意义。本文主要针对蝶阀在流体管路水循环系统中的工程应用展开研究,内容主要包括变径安装对蝶阀流量系数的影响、蝶阀的相似性准则设计两个方面,并采取理论分析、数值计算和实验研究相结合的方法,结果表明文章所提出的方法可行。第一部分：变径安装对蝶阀流量系数的影响研究。在实际工程应用中,阀门经常被变径安装,而伴随变径安装往往会出现阀门实际通流能力低于阀门标称通流能力的现象。本文应用CFD方法中的SIMPLE算法,对DN125蝶阀的四种不同管径的安装方式进行了数值计算,求得各自的Kvs值。并以计算结果为样本,提出了变径安装的二次修正函数方法。第二部分：蝶阀的相似性准则设计开发。针对大口径控制蝶阀缺少设计方法的现状,利用流体机械的相似性原理创新提出相似设计方法,阐述了相似准则并确定相似准则在阀门设计中的可行性,确定了欧拉相似为保证动力相似的决定性条件。本文首先设计出具有线性流量特性的DN40蝶阀模型,并用SIMPLE算法对模型在不同开度状态的流量系数进行了数值计算,得到其流量特性。根据欧拉相似准则设计出原型DN200蝶阀,同样利用CFD方法中的SIMPLE算法,对原型在不同开度下状态进行数值计算,得出其流量特性,以原型流量特性的线性度来考察相似设计方法的可行性。计算结果表明：原型流量特性有较好的线性度,设计方法可行。文章设计了专门实验测试平台对计算结果进行了实验验证,实验结果表明DN200蝶阀具有理想的线性流量特性,相似性准则设计方法可靠。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 流体管路水循环系统中蝶阀的应用
• 1.1.1 蝶阀的工程应用背景
• 1.1.2 蝶阀研究现状及发展趋势
• 1.2 CFD研究方法与实验流体力学概述
• 1.2.1 CFD研究方法概述
• 1.2.2 实验流体力学概述
• 1.3 论文目标与内容
• 1.4 论文研究方法
• 1.5 论文主要创新点
• VS值的影响'>第二章 变口径对蝶阀K_VS值的影响
• 2.1 阀门变径安装时流量不足问题分析
• VS值的物理意义'>2.1.1 蝶阀K_VS值的物理意义
• 2.1.2 变径安装对压差的影响
• 2.1.3 变径管道压差计算的CFD方法
• 2.1.4 理论计算与CFD计算结果对比
• VS值比较'>2.2 三种不同变径方式安装的蝶阀K_VS值比较
• VS值计算'>2.2.1 DN125蝶阀的K_VS值计算
• VS值计算方法准确性验证'>2.2.2 K_VS值计算方法准确性验证
• 2.2.3 DN125-DN150蝶阀的KVS值计算
• 2.2.4 DN125-DN200蝶阀的KVS值计算
• 2.2.5 DN125-DN250蝶阀的KVS值计算
• VS值的变径补偿系数'>2.3 蝶阀K_VS值的变径补偿系数
• 2.3.1 一次修正函数
• 2.3.2 二次修正函数
• 2.3.3 修正函数结果分析
• 第三章 相似准则设计
• 3.1 相似理论
• 3.1.1 流动相似理论概述
• 3.1.2 工程流体力学的相似准则
• 3.1.3 工程流体力学相似准则的应用
• 3.2 蝶阀相似性准则设计方法
• 3.2.1 蝶阀相似性准则的计算方法
• 3.2.2 模型DN40蝶阀的理想流量特性
• 3.2.3 模型DN40蝶阀的设计
• 3.2.4 原型DN200蝶阀流量特性的相似性推导
• 3.2.5 原型DN200蝶阀的数值模拟计算
• 3.2.6 原型DN200蝶阀的计算结果对比分析
• 3.3 章节总结
• 第四章 蝶阀的实验研究
• 4.1 试验台的搭建
• 4.2 实验结果分析
• 4.2.1 DN40蝶阀实验结果分析
• 4.2.2 DN200蝶阀实验结果分析
• 4.3 实验结果对比
• 4.3.1 DN40蝶阀实验结果对比
• 4.3.2 DN200蝶阀实验结果对比
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 相关研究展望
• 参考文献
• 在学期间发表的科研成果