高压差迷宫式调节阀流道设计研究

为提高调节阀在高压差工况下的降压控速能力,以迷宫式结构的调节阀为主要研究对象,根据流体力学理论和多级降压原理,对分流式和对冲式两种流道结构的迷宫调节阀进行数值模拟,获得了两种流道内部压力和速度的分布信息,并绘制成压力及速度变化的对比曲线。分析结果表明:在相同工况下,分流式流道更利于降压,而对冲式流道控速效果更加明显。通过分析这两种流道的结构特点,改进设计出一种新型流道,此结构能全面兼顾降压和控速的性能。     

空间转角蚁穴式调节阀复合降压结构设计及仿真分析

空间转角蚁穴式调节阀(ATE调节阀)降压结构复杂,其空间转角蚁穴式节流元件(ATE节流元件)流道融合了转折、扩张、汇合、分流和对冲等流动过程。通过CFD流场仿真,研究在不同压力等级下ATE节流元件级间压力、速度、流量及气体体积分数随降压级数、流道形状、流道关键结构尺寸等参数的变化规律。压降特性仿真结果表明,ATE节流元件能够将一次较大的压降分解成多次的小压降,逐级降压过程压降线性度良好。同时ATE节流元件关键结构参数的仿真研究表明,级间距为7 mm时空化最小,渐缩型节流元件空化程度最小,腰型槽为3 mm时节流元件空化程度最小,出口沉槽倒角不会降低空化程度,增大出口沉槽过流面积会导致空化程度增加。最后搭建了ATE节流元件测试平台,对节流元件在不同压降条件下的压力和流量进行了测试,ATE节流元件级间压力测试与仿真结果的最大误差不超过8%,流量误差平均值约为10%,试验测试与仿真计算结果具有较好的一致性,试验验证了仿真计算的准确性。     

迷宫-对冲组合式最小流量阀流道设计研究

电站给水泵最小流量阀长期处于高温、高压等恶劣工况环境下工作，阀内极易出现空化汽蚀、冲刷泄漏等问题，将会影响阀门的使用寿命。为了提高阀门的降压和控速能力，本文基于迷宫式最小流量阀的流动特点，提出了一种新型盘片结构，利用数值模拟方法对迷宫式、对冲式和迷宫-对冲组合式流道结构的流动特性进行研究，得到了三种流道内部压力和速度的分布情况。结果表明：在相同条件下，迷宫式流道结构有利于降压，但出口流速大，对冲式流道结构有利于控速，新型迷宫-对冲流道既能保证降压又能控制速度。     

迷宫式调节阀节流碟片的流道优化研究

迷宫式调节阀的节流特性依赖于节流碟片流道结构,合理设计节流碟片可以有效改善调节阀性能。提出一种适用于节流碟片流道优化的设计流程,基于流体动力学理论与数值仿真方法,结合NSGA-II多目标优化算法,实现节流碟片流道的三维结构优化设计。以节流碟片流道中流体最高速度和流量为优化目标,流道的几何尺寸作为输入量,将计算流体力学与NSGA-II算法联合,获得了优化后流道三维结构集合。优化设计的节流碟片结构可以有效降低流体的最大流速并提高流量,改善流道的流动特性,为相关流体传动元件的设计提供参考。     

锅炉给水泵最小流量调节阀结构设计与仿真

为了研究某新型给水泵最小流量调节阀的流场特性,利用CFD仿真技术对最小流量阀进行流场分析。对最小流量阀的迷宫碟片进行优化设计和试验,并对最小流量阀整体模型进行流通性能验证。分析结果表明,迷宫流道能够很好地实现降压和控速要求,阀门整体流通性能良好,满足工况需求。     

抑制调节阀流场空化的响应面结构优化

调节阀流场空化现象会产生空化振动和噪声等不良影响。优化阀内件的结构,抑制流场空化是设计高端调节阀的重要环节。为了实现调节阀内流场的逐级降压,减小空化现象的产生,设计了一种多级降压调节阀的外层套筒和笼式阀座。采用Fluent软件对阀内流场的流动特性进行数值模拟,得到流场压力、流量和气体体积分数的分布规律。采用循环式并联流量测试装置,对阀进行流量实验,验证了数值模拟的可靠性。通过Box-Behnken响应面优化方法探讨外层套筒和笼式阀座节流孔孔径、孔数及其交互作用对流场空化的影响,得出最优设计方案。结果表明,在不影响调节阀流量特性的条件下,70%开度时,优化阀内件参数后,最大气体体积分数从0.88下降到0.19,有效地抑制调节阀内流场空化现象。     

太阳能供暖系统流量对其热性能影响的研究

以内蒙地区某太阳能供暖系统为研究对象，利用TRNSYS建模仿真，通过实验与仿真数据对比，验证了建立模型的正确性。在此基础，以系统热性能为指标，研究了流量对系统热性能的影响。研究发现，当前供暖系统是以恒定流量运行（一次回路流量Gc=1.6kg/s，二次回路流量Gw=0.8kg/s）不能满足供暖需求。优化系统流量至Gc=2.8kg/s,Gw=2.4kg/s运行时，系统集热效平率日均提高19.72%，集热器有效热收益日平均增加3.17kW。本研究成果进一步可为寒冷地区太阳能供暖系统的优化研究提供参考。     

迷宫式调节阀流量特性的数值模拟

为了研究迷宫式调节阀的流量特性,利用CFD方法对其内部流场进行了模拟,得到流场中压力和速度分布,计算流量系数并得到流量特性。模拟试验结果表明迷宫流道结构能达到均匀降压,调节阀流量特性为线性,符合预期目标。     

V型球阀阀芯优化及流场分析

针对造纸厂等企业中含有固体颗粒、纤维工况的流体介质对阀门冲蚀磨损问题,以V型调节球阀为研究对象,对中阀芯锥角30°的V型球阀进行阀芯优化,旨在为了减少冲蚀磨损进而设计出两种不同结构流通面积的阀芯锥角。对比分析阀芯锥角分别为30°,60°,90°的V型球阀,应用CFD软件对其内部流场进行三维数值模拟,通过模拟计算得到流量特性曲线、流道内的速度分布云图、压力分布云图和速度矢量图。结果表明,优化后的阀芯结构相比初始结构,阀内最大压力由535.43 kPa降至492.70 kPa逐渐稳定,阀内最低压力由低于饱和蒸汽压的-242.67 kPa升至150 kPa,减少了空化现象;且速度更加均匀稳定,阀内高速流通区域平均速度由27.77 m/s²降至19.53 m/s²;提高了调节性能和流通稳定性,同时延长了阀门的使用寿命。     

质子交换膜燃料电池引射器结构参数优化

对PEMFC氢气引射器结构参数组合进行正交试验设计并仿真分析引射效果。采用Kriging代理模型作为参数优化预测模型，并基于拉定超立方检验预测精度良好。基于Kriging模型进行主效应分析，证明引射器结构参数与引射效果存在复杂非线性关系。基于多岛遗传算法(Multi-island Genetic Algorithm, MIGA),以最大二次回流质量流量为优化目标，完成目标优化设计，并通过贡献度分析确定尺寸参数权重排序。通过帕累托最优解得到最佳结构参数组合并仿真求出最大二次回流质量流量为0.0037 kg/s,最大引射比2.64,对比正交试验最优结果提高了8.8%。     

套筒式调节阀套筒节流孔的结构改进

针对套筒式调节阀因工作时阀内流体压差过高、流速快,易在套筒节流孔处产生阻塞流,导致在一定开度下阀门流通能力降低,阀内噪声增大,致使套筒、阀芯、阀座损坏的问题,以DN80套筒式调节阀为研究对象,对调节阀套筒节流孔型进行改进,并对比分析两种结构下阀门的流通特性。在中国天瑞水泥集团有限公司的实验室内搭建实验平台,分析调节阀流道内流量系数曲线图和流阻系数曲线图,并通过数值模拟技术予以对比验证。研究结果表明,在全开时,流缩型的流通能力明显高于另外两种,流量为18.257 kg·s^-1,流通系数为163.135。较原模型全开时流量14.876 kg·s^-1流通能力提升约22.73%,验证了流缩型节流孔改进的合理性。     

最小流量调节阀内部流场及流量特性模拟研究

通过数值模拟的方法,模拟高压差运行工况,对设计的最小流量调节阀的调节特性进行分析研究。模拟试验的结果表明迷宫流道结构能达到均匀降压,提高节流副的阻力系数,减小流体在阀门流道中产生汽蚀的可能性,为保证阀门的使用寿命和可靠性提供理论依据。     

基于计算流体动力学的迷宫型灌水器流量预测

通过反求迷宫型灌水器注塑产品的实物结构,建立其流量数值预测的物理模型,分别采用层、紊流模型对40～150 kPa压力下的灌水器流量进行数值计算,并相应开展该灌水器流量与压力关系的试验测试.试验结果验证了计算流体动力学(CFD)方法预测灌水器流量的可行性,同时对比发现紊流模型的计算值更接近于试验值.通过对迷宫流道内流场分布的研究表明,由于流道曲折度较大,其内流体流动状态的转折点大幅度提前,在雷诺数Re=250～300之间时,流动就开始过渡到紊流状态,从而导致灌水器内的流动在40～150 kPa压力测试范围内均处于一种紊流状态.     

大口径套筒调节阀设计

大口径调节阀具有控制精度高,流量大等特点,广泛应用于长输油、天然气管道的站场调节等工况。本文以国内某场站大口径阀的设计为例,利用现代设计手段,通过CFD(计算流体力学)软件模拟,拟合了流量特性曲线,优化阀门内部流道结构,降低阀体本身的流阻系数,提高了流通能力。     

给水泵最小流量循环阀结构设计及数值模拟

最小流量循环阀是保护给水泵安全运行的重要流量控制部件.通过对两种迷宫流道以及两种最小流量循环阀整体模型进行模拟分析和对比,检验了不同流道通流面积和不同流道数量对其性能的影响.结果 表明,迷宫盘降压结构具有良好的压降控速效果,可以有效避免汽蚀现象的产生;采用12流道迷宫盘降压结构的最小流量循环阀的综合性能更优,压力分布更...     

小流量高扬程液氢泵水力优化和抗空化的结构设计

针对液氢在低温系统或低温储罐中输送的应用需求，依靠泵设计经验参数取值而设计的小流量高扬程液氢泵，相似定律转换为模型泵，试验测试其外特性得到：在额定工况下，与理论扬程相比，泵内存在6 m水力损失，同时，液氢总是处于近饱和状态，特别当泵前低温流体的进口压力降低或波动时，离心式液氢泵极易发生空化，造成扬程下降。以提高液氢泵的抗空化特性和提高泵水力效率为目标，建立小流量高扬程液氢泵的多目标优化设计方法，依据小流量高扬程液氢泵模型泵的外特性测试结果，对泵头的几何结构参数进行优化设计，结果表明：叶轮入口直径增大1.5 mm、直角的叶片进、出口安放角减小为60°、叶轮出口直径减小0.5 mm、叶片进口宽度减小0.1 mm,叶片出口宽度减小0.3 mm,减小流体出口间隙，有利于泵减小水力损失，提高泵效率，并改善泵的空化性能。本研究采用的计算方法为小流量高扬程液氢泵高效水力模型的优化设计提供参考，研究结果为小流量高扬程液氢泵的结构优化和获得工作特性的实验研究提供理论依据。     

不同锥角V形球阀流动特性分析

V形球阀是一种性能优良的调节阀,但在一定条件下会发生空化,从而对管路造成损害。为了研究截流面积对V形球阀内部流动的影响,通过数值模拟的方法,对V形球阀在空化与非空化工况下的内部流场进行了研究,同时对比分析了不同锥角和不同开度下V形球阀流量特性、阻力特性、空化特性的变化规律。结果表明:V形球阀的流量系数随开度和锥角的增大而增大,且阻力系数随着开度和锥角的增大而减小;V形球阀的能量损失随着锥角的增大而减小;随着开度的增大,V形球阀流道内的空化程度减小。研究为V形球阀的应用与设计优化提供了理论依据。     

软包电池组液冷流道结构设计及分析

为改善传统流道结构的散热能力,提出了一种对称回流流道,并利用Fluent仿真分析不同流道结构下电池组的温度场,结果表明：2C放电时,对称回流流道下电池组最大温差相较于蛇形流道降低了4.4 K,压降减小了2473.4 Pa;最高温度相较于并联直流流道降低了3.7 K,最大温差降低了7.7 K。在此基础上研究了流道宽度及冷却液流量对温度场的影响,当流道宽度为8 mm,流量为0.006 kg/s时,电池组温升为12.2 K,平均温度为309.8 K,温差为8.5 K,流道压降为较小的3691 Pa,说明对称回流流道相较于传统流道结构能一定程度改善电池组的散热性能。     

基于计算流体动力学的板翅式散热器传热性能研究

为了提高板翅式散热器的传热性能,采用遗传算法对锯齿翅片的结构参数进行了多目标优化。根据优化结果建立了散热器单元流道三维物理模型,采用计算流体动力学的方法对其温度场进行了仿真研究,得到了新翅片的传热因子、摩擦因子和综合性能评价因子。仿真结果表明:优化后翅片的传热性能得到了提高;铜翅片的传热性能优于铝翅片的。通过风洞试验验证了仿真结果的有效性。     

航空离心泵高效抗汽蚀优化方法

针对航空增压离心泵汽蚀问题,给出了一种效率与汽蚀双目标优化设计方法。该方法首先建立离心泵的能量损失和汽蚀余量分目标函数;其次使用遗传算法对速度系数法所设计的离心泵性能参数进行寻优;最后以CFD仿真软件为平台建立离心泵的流道模型,对优化前后离心泵的压力和速度流场进行了仿真分析,并对优化前后离心泵的流量-效率、流量-汽蚀特性进行了对比研究。仿真结果表明:设计点流量下,优化后泵的效率提高了1.2%,必须汽蚀余量降低了12.51%,其他工况均优于优化前,说明该优化设计方法是可行、有效的。