活塞式调节阀流场特性分析与结构优化

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1、分类号密级活塞式调节阀流场特性分析与结构优化研究生姓名：邓君指导教师姓名、职称：熊显文教授学科专业：机械工程研究方向：数字化制造及装备技术湖南工业大学二〇一五年十二月十九日分类号密级活塞式调节阀流巧特性分析与结构优化ＦｌｏｗＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＰｉｓｔｏｎＣｏｎｔｒｏｌＶａｌｖｅ研究生姓名：邓君指导教师姓名、职称：熊显文教授学科专业：机械工程研究方向：数字化制造及装备技术＇论文答辩日期ｉ承如胤哨答辩委员会主席潮南工业大学二零一五年十二月十九

2、日湖南工业大学学位论文原创性声明：所呈交的学位论文本人郑重声明，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。■：作者签名日期；年／巧＞１５日＾湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可公布学位论文的全部或部分内容、，可Ｗ采用复印缩印或其他手段保存学位

3、论文；学校可根据国家或湖南省有关部口规定送交学位论文。作者签名；９导师签名；封裘日期棘年／２ｊ＾日！＿＾。＾摘要调节阀是工业生产中重要的控制设备，高性能与低能耗调节阀的研发与使用有助于提高工业生产效率和能源使用率。随着工业技术的发展，高性能调节阀的内部结构变得更为复杂，依靠实验研究和理论计算为基础的传统设计方法已经难以满足高性能调节阀的设计要求，而应用CFD数值模拟方法来辅助高性能调节阀的研究与设计是未来研究的趋势。这一方法的应用，不仅可以对调节阀内部流场进行更加深入的研究，并且能有效提高设计效率和降低研发成本。本文通过CFD数值模拟方法对活塞式调节阀内部流场特性进行模拟分析，

4、并在此基础上找出调节阀内部流道的不足从而提出优化方案。首先通过三维建模软件Solidworks对株洲南方阀门股份有限公司提供的DN450型活塞式调节阀进行三维实体建模，并导入ANSYSWorkbench协同仿真平台中，抽取调节阀内部流道并划分网格；然后根据调节阀内部流场的粘性流动、湍流流动以及多相流流动，并结合流体力学基本理论与方法，建立调节阀的三维流场控制方程；应用集成在ANSYSWorkbench中的CFD模拟软件Fluent对调节阀内部流场进行模拟计算，计算完成后运用专业后处理软件Tecplot对模拟结果进行可视化分析，得到其流量特性曲线以及内部流场的压力、速度、流线以及汽化体积

5、分数分布云图。在模拟计算的基础上，分析流道内产生漩涡和气蚀的原因，从而找出原结构调节阀内部流道的不足，提出增加多层降压和内部引流结构的优化方案，并进行计算校核，最后对优化前后的模型进行对比分析，结果表明优化后结构在一定程度减少了漩涡和气蚀的产生。本文的研究结果为活塞式调节阀的设计及优化提供了可靠依据，对于其他类型调节阀的研究也有一定的参考价值。关键词：调节阀，CFD数值模拟，流场，空化，结构优化，多级降压I ABSTRACTThecontrolvalveisoneofthemostcriticaldeviceinindustrialprocesscontrol.Theresearcha

6、nddevelopmentonhighperformanceandlowenergyconsumptionofcontrolvalveisbeneficialtoimproveindustrialproductivitywithlowenergyconsumption.Withthedevelopmentofindustrialtechnology,theinternalstructuredesignofhigh-performancecontrolvalvebecomesmuchmorecomplex.Thetraditionaldesignmethodwithexperimenta

7、lstudiesandtheoreticalcalculationshasbeendifficulttomeetthehighdesignrequirementofhigh-performancecontrolvalve.CFDnumericalsimulationmethodbecomesanessentialtoolfortheresearchanddesignofhigh-performancevalve,whichisthetrendf