蝶閥閥體后雙彎管道湍流場數值模擬及其實驗分析.pdf

1、由于結構簡單、操作方便等原因,在動力工程、城市供水、化工、船舶等工業(yè)場合,蝶閥作為流動控制與調節(jié)的設備應用廣泛。然而,在調節(jié)蝶閥閥門角度以實施流動控制時,蝶閥閥板下游常常有較大流動分離,容易誘發(fā)噪聲輻射和結構振動等不利現象。布置在長直管內部的蝶閥流動分離現象已得到了非常廣泛的重視和研究。然而,在某些特殊場合,由于空間布置限制等原因,蝶閥常常需要和彎管就近配合使用,這使得蝶閥彎管系統(tǒng)內部的流動現象更加復雜;另一方面,這種情況對閥桿等相關驅

2、動部件的控制來也帶來諸多不利。因此,針對這一問題進行系統(tǒng)的研究和流場計算分析并獲取相關力學特性是很有必要。
　　本文旨在采用計算流體力學手段,結合模型氣動實驗,以某電廠熱電聯供汽輪機中低壓連通管道抽汽蝶閥系統(tǒng)為原型,采取幾何相似縮比模型,針對蝶閥閥體后雙彎管道中存在的復雜流動及其振動特征進行研究分析。其現實意義在于可為用戶了解內部復雜流場及振動特性、為選擇蝶閥執(zhí)行機構提供參考及為后續(xù)的改進措施提供方法借鑒和理論依據。為此,本文主要

3、完成了以下兩項研究工作:
　　(1)流場數值模擬研究,主要包括三個方面。第一,流場研究前期探索性研究,包括簡化與原始模型對比、直管蝶閥與無蝶閥雙彎管流場分析;第二,進口雷諾數對流場影響研究;第三,閥門角度對流場影響的研究。
　　(2)模型氣動實驗分析。主要包括扭矩測量,速度場測量及壓力脈動測量,以驗證數值計算的力學特性、流動時均特性和頻譜特性。
　　所得到的主要結果及結論如下:
　　(1)相比其他兩個模型,SST

4、模型最適合該模型流場的數值模擬;簡化模型能夠較好地模擬原始模型中復雜流場;直管蝶閥系統(tǒng)和無蝶閥雙彎管模型的研究,有助于理解原模型中存在復雜的二次流、流動剪切碰撞及分離等復雜等現象。
　　(2)進口雷諾數對流場的影響是定量。當閥門角度為45°且進口雷諾數為45.8?10到52.4?10間時,相關量分布趨勢相近。閥板受力Fx和yF、閥板扭矩值、進出口無量綱壓、中截面最大湍動能隨雷諾數變化成近似二次函數增加趨勢;能耗系數成近似成三次函數

5、增加趨勢;閥板最小無量綱壓力系數為負值且逐漸減小;進口 Ma數成正比增加,而模型最大 Ma數并非線性增加,且二者比值逐漸增加。閥板前后前駐點位置基本不變(x=-0.21d),而背流面一二分離區(qū)均在不斷減小。
　　(3)閥門角度對流場的影響是定性的,其中存在著復雜的二次流、流動剪切碰撞及分離等復雜等現象。當閥門角度從-45°經過0°變?yōu)?5°時,扭矩絕對值、閥板受力Fx和Fy、能耗系數、進出口無量綱壓損、中截面最大湍動能均先減小后增

6、大,而流量系數先增加后減小,且各量在0°左右存在極值;在閥門角度絕對值角度從30°變?yōu)?5°時,各參數發(fā)生急劇變化;比較閥門角度大小相同而旋轉方向不同的工況,對流量系數、進出口無量綱壓損及中截面最大 Ma數,負角度下的值小于相應正角度值;而對能耗系數,負角度下的值則大于正角度下的值。各種工況的最大壓力系數相等均為1且均位于閥板迎流面上。前駐點先向閥板邊緣移動,并在0°時位于閥板前緣,之后逐漸向閥板中心移動。
　　(4)針對該模型所