论文部分内容阅读
此论文是与安徽铜都流体科技股份有限公司合作完成的,文中试验是在河南省汝州市第三水厂进行的。水力机械是人民生活、工业生产、交通运输中最为普遍的机械,现阶段水力机械正逐步向大型化、高速化、大功率和高性能方向发展,活塞式流量调节阀可方便的进行调流、调压、放空消能等,因此被广泛用于水利系统中。但在实际中,由于全国范围内阀门大口径流阻系数与流量特性测试试验装置的缺失,大口径活塞式流量调节阀设计流量很难与预期一致,这就造成阀门流量无法准确选型,往往流量选择偏大,造成调节阀在小开度下工作,易出现空化气蚀、高噪声等问题,对阀门及管路系统的稳定性产生影响。此论文针对以上问题进行了以下研究工作:(1)根据活塞式流量调节阀二维图纸,利用SolidWorks软件建立三维模型,基于计算流体动力学(CFD),把实际加工中的表面粗糙度转化为ANSYS CFX中可输入的当量粗糙度,研究了光滑及不同表面粗糙度等级对活塞式流量调节阀流量特性的影响,为后续准确的计算湍流流场及阀内空化及气蚀提供了条件。(2)根据合作单位技术要求,基于计算流体动力学(CFD),分别模拟活塞式流量调节阀不同开度下的内部流场,获得内部不同开度下的压力、速度、湍动能分布并计算每种类型阀门的气蚀临界值。根据现有产品防空化能力较低及旋流防空化理论,设计一种新型旋流活塞式流量调节阀以提高阀门的抗气蚀性能。(3)基于ANSYS CFX中的浸入实体方法,模拟活塞式流量调节阀开启过程动态特性,计算其从关闭到完全打开过程中的三维流场,分析阀域内流场中速度、压力、湍动能的分布规律,利用CEL语言探究阀门进口、中心、出口监测点处速度随开度的变化规律,分析阀内运动组件各监测面上压力随开度的变化规律,为提高阀门的运行稳定性及进一步研发提供参考。(4)研究了阀内流动噪声的形成机理,以及阀门流噪声的类型,调研了流噪声预测的标准。在CFD计算流量系数的基础上,应用IEC60534-8-4-2005标准预测了特定工况下阀外1米处液流噪声值。利用精密自由场传声器和多通道振动噪声测试采集器及PC,测试活塞式流量调节阀出口段节流位置1米处噪声值,验证噪声预测值计算方法的准确性。通过上述研究,为提高大口径活塞式流量调节阀运行稳定性及可靠性提供参考,对设计优化及合理选型具有明确的指导意义。