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2.5 阀体的选型与设计计算 8
2.5.1 计算KV值 8
2.5.2 选取阀体公称直径 9
2.5.3 阀体壁厚的计算 10
2.6 强度理论的计算 11
2.6.1 非金属压紧垫片所需的力的计算 11
2.6.2 螺栓和双头螺柱的强度计算 12
2.6.3 螺栓和双头螺柱的强度校核 12
2.6.4 高温时法兰的强度计算 13
2.7 阀瓣形面的计算和绘制 13
2.7.1 阀瓣开启截面积的计算 13
2.7.2 柱塞形阀瓣的形面绘制 14
2.8 气动驱动装置的设计计算 14
2.9 调节阀的整体结构及工作原理分析 14
3 调节阀的流动特性研究 16
3.1 计算流体力学简介 16
3.1.1 计算流体力学概述 16
3.1.2 计算流体力学的模拟过程 16
3.1.3 计算流体力学的控制方程 16
3.2 流量特性 17
3.2.1调节阀的可调比 18
3.2.2调节阀的流量特性 18
3.3 前处理 20
3.3.1 流道模型的建立 20
3.3.2 网格模型 21
3.3.3 边界条件 22
3.4 模拟计算 22
3.5 计算结果以及分析 23
3.5.1 流量特性分析 24
3.5.2 内部流场分析 25
3.5.3 压降一流量分析 29
3.5.4 流量特性曲线 31
3.6 误差原因分析 33
3.6.1 数值计算误差原因 33
4 流道结构的改进 35
4.1阀体流道结构存在的问题 35
4.2流道结构的改进模型 35
4.3改进模型数值计算 37
4.4计算结果及对比分析 37
4.4.1流场分析 38
4.4.2 计算结果对比分析 39
4.5流道结构改进的建议 39
结论 40
致谢 41
参考文献 42
1 绪论
1.1 引言
阀门[ ]，是流体管道流动中必不可少的控制元件，其最基本的功能是接通或切断管路的流通。阀门种类繁多，应用非常广，主要应用于化工、石油、冶金、电力、轻工、水利、船舶以及航空等领域。它同时也是产生能耗的元件，因此研究阀门的水力特性对于降低能耗、提高能源利用率以及指导阀门设计至关紧要。然而由于阀门流道结构复杂，并存在分离，气穴，水击，激波等复杂的流动现象，因此对其水力特性的理论分析与预测有很大困难。
计算流体动力学[ ](Computational Fluid Dynamics， 简称CFD)是近代流体力学、数值分析以及计算机科学相结合的产物，是一门具有非常强大生命力的多领域交叉学科。它将计算机作为模拟手段，使用一定的技术寻求流体力学各种复杂问题的离散化数值解，它能解决实际工程问题，并揭示新的物理现象，开拓新的研究方向。随着计算机以及CFD的快速发展，CFD数值模拟的优越性越来越明显，它具有强大的数值模拟功能以及可视化技术，并且具有成本低、周期短、速度快、资料完备且可模拟各种不同的工况等独特的优点。因此，近年来，CFD数值模拟在阀门设计中也得到应用。
1.2 调节阀的发展现状
1.2.1 现代工业对调节阀的要求及发展方向
调节阀是工业自动化仪表中使用问题最多的产品，也是更新换代最慢的产品，几十年一贯制，到现在，还是以五751十年代水平的产品为主导产品(占70％左右)，可见，产品陈旧落后。然而人们已经不再满足于传统的生产方式，开始用数字化、微机化等先进技术进行革新。智能仪表的研制和使用更为工业自动化开创了美好的未来。另外，随着现代化工业的大规模发展，对工业品的要求也越来越高，范围也越来越广。作为工业自动化控制系统的“手脚”，调节阀也将面临新的课题，有待创新、提高。随着工业自动化及现场总线技术的快速发展，对低成本、高可靠性的智能化阀门的要求越来越迫切，阀门除了双向通讯功能，还应具有自诊断功能，流量特性人机对话功能，存储文修记录等智能化功能。其发展趋势是机电一体化、智能型与总线制接口，同时向精小型、节能、节材以及高温高压大压差方向发展。