利用格子玻尔兹曼方法,直接对蚀刻薄片和层叠丝网回热器的微观结构流场进行了模拟。得到了两种回热器填料的微观流场和两端的压差。模拟结果显示,当回热器的直径、水力直径和填充率相近情况下,不同流速下蚀刻薄片卷裹式回热器的稳态阻力系数均比层叠丝网回热器小。稳态阻力系数的模拟变化趋势与实验一致。

为探索阀芯结构对节流截止阀性能的影响,基于有限体积法和标准k-ε湍流模型,在不同开度条件下,采用数值模拟的方法,研究平底、梯形和弧形三种不同阀芯结构节流截止阀的流阻特性,分析阀内部的速度和压力分布规律;并对三种阀芯结构的节流截止阀的流阻特性开展水力试验研究,数值模拟得到的阀门流量系数和流阻系数的结果与水力试验结果比较吻合。结果表明,在开度小于40%时,梯形和弧形阀芯结构的阀门较平底阀芯结构的阀门内部低压回流区有所减弱,压力分布趋于均匀,阀门流阻系数减小,更有利于阀门内部流体的流通;当开度大于55%时,三种阀芯结构的阀门流阻系数基本重合,并趋近与零;在整个开度,弧形阀芯结构的阀门流量随阀门开度变化较为均匀,更有利于阀门流量的调节。

为探索锁渣球阀启闭过程中的流场特性,利用仿真软件和试验测试为基础对球阀不同开度下流场流动状态分析,基于有限体积法和标准k-ε湍流模型,研究发现阀门在开度小于40°度范围,球阀内部流场复杂,流阻系数高、速度和压力有不同梯度变化,节流作用明显,随着阀门开度增加,阀门内部流场高压回流区减弱,流阻系数减小,球体附近漩涡逐渐减小直至消失,速度和压力分布逐渐趋于平缓状态,节流作用逐渐减弱,数值结果为进一步给管路系统选型和应用提供重要参考依据。

通过流阻试验获得了直径为680mm的三偏心蝶阀在不同开度和速度下的流阻系数。以试验结果为基础验证湍流模型,选择SST模型作为湍流模型,建立获得三偏心蝶阀详细流场的数值模型。利用该数值模型对试验蝶阀在90°、70°、50°开度下的流场和流阻系数进行预测,90°代表全开。试验结果表明,50°开度的流阻系数值约为90°开度流阻系数值的9倍;三偏心蝶阀全开时的流阻系数值约为中线蝶阀全开时流阻系数值的6倍。数值分析表明,全开状态下,三偏心蝶阀阀板处存在的漩涡比中线蝶阀多,可对三偏心蝶阀阀板形状进行优化,以减小流阻系数;随着开度减小,流体的流动产生与阀板关闭方向一致的力矩,帮助阀板关闭。

采用ANSYS Workbench软件对蝶式缓冲止回阀进行静力学结构仿真分析,并基于仿真分析数据对阀板的结构进行了结构优化。优化后蝶板厚度为28mm,比优化前减小了2mm;阀板的开度可以达到32°,流阻系数为0.204,比优化前降低了0.016;减少了能量损失,提高了阀门的效率。

为了改进普通止回阀存在的开启角度小、流阻系数大等不足,设计一种新型斜置双瓣止回阀,对其在30°、50°、70°、80°及全开工况下的内部流动特性进行分析,计算出流阻系数及流量系数。对其进行压力损失特性试验及流量特性试验,计算出每个工况下的流阻系数及流量系数,将其与模拟数据进行对比分析。研究结果表明,斜置双瓣止回阀的模拟结果与试验结果比较接近,开启角度大,压力损失小,流阻系数小,流量系数大,通流能力好。通过对斜置双瓣止回阀进行数值模拟及试验研究,斜置双瓣止回阀的设计对流体系统节能具有指导意义。

该文基于阀门流阻性能实验测得相关数据,利用Minitab软件对其进行回归分析,得到阀门阻力系数与流速的拟合曲线和回归方程,然后进行多项式显著性检验和拟合优度检验,确定出最优回归模型,并在一定置信度下对流阻系数的变化范围进行预测。

阐述了插装式二维(2D)伺服阀的结构及工作原理,设计了圆形和扇形两种回油流道结构,通过Fluent软件对不同进出口压差下两种流道结构的流量、压力分布、速度分布进行数值模拟计算,进而算出两种流道结构的流阻系数,通过实验研究验证了仿真结果的正确性。研究表明,在进出口压差相同的条件下,扇形流道的流阻相比圆形流道的流阻较小,能量损失较小,通流能力较大,流阻系数是流道的本身性质与外界条件无关。这为插装式伺服阀的优化设计提供了一定的参考。

分析了影响阀门流量流阻测试装置测量不确定度的主要因素,以及流量系数与流阻系数测量不确定度的求解方法,并通过A类不确定度方法举例计算。