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1.2.2 国内外CFD技术应用于阀门的研究状况
1.3 选题背景及意义
随着科技的进步，国内外阀门技术的发展都非常迅速，工程应用对于阀门的质量要求也越来越高。研究阀门的水力特性已经成为阀门设计中重要的环节。国内对阀门的研究主要集中在机械方面，从水力角度研究阀门尚处于起步阶段，无论是相关的试验数据还是相应的理论研究，比起国外都明显滞后。
在产品设计中，阀门的流动参数主要是通过一些设计手册中提供的经验公式来估算，误差比较大。而且阀门品种繁多，内部结构差异很大，因此设计手册上的经验公式一般只适合几种常用的类型，这就阻碍了阀门新产品的开发[ ]。近几年来，CFD技术也越来越多地应用于阀门设计中，在产品的前期设计中，应用CFD技术辅助设计，并配合实验研究，已证明了CFD方法是有效的。
本次课题是与苏州德兰能源科技有限公司合作进行调节阀流动特性的研究。该公司设计生产的MJ/MX/MA/MH…系列调节阀广泛应用于化工、石油、冶金、电力、轻工等行业的生产过程自动控制系统。该课题的研究旨在研究及学习如何使用CFD技术引入阀门整个的设计过程，提高阀门设计的技术含量和产品质量，并且在世界性的能源危机中，逐渐开发出更加节能，环保的调节阀。由于该课题来源于与企业的合作项目，因此，利用CFD技术进行调节阀流动特性的研究具有很重要的理论和实际意义。其研究模型也均采用苏州德兰能源科技有限公司的产品。
1.4 本文研究的内容、方法和思路
1.4.1 主要内容
根据任务书的要求进行套筒调节阀的总体结构设计、零部件材料选用与设计计算、驱动装置的设计和选用。其次主要是计算流体力学，应用流体力学，紊流模型等理论，研究调节阀以及套筒调节阀内部三文粘性流场的流动特性，得到其速度场、压力场的分布规律，流线的走向，漩涡，二次流等，比较了模拟所得流量特性曲线与理论流量特性曲线，在此基础上，提出了套筒调节阀的流道结构改进的几种模型，从能量损失以及经济性方面进行了比较，得到了比较理想的流道结构。
1.4.2 研究方法
本文运用的方法是数值模拟与理论计算相结合的方法，将有关流体理论以及紊流理论与现代计算机结合起来，运用现在比较流行的CFD软件来模拟分析调节阀内的一些局部复杂结构的流动情况，然后与理论计算数据进行对比分析。
1.4.3 研究思路
本文的研究思路是：首先针对的调节阀(套筒型调节阀)，进行其内部复杂三文粘性流动的流场CFD分析，然后与理论计算数据进行比较，验证Fluent进行调节阀流场分析的可行性，在此基础上进行套筒调节阀阀体流道的结构改进。
1.4.4 所需克服的难点
CFD数值模拟中对数学方程进行离散化处理时，需要对计算中所遇到的稳定性、收敛性等进行分析，寻求高精度、高分辨率、高效率的计算方法。这些分析方法大部分对线性方程是有效的，对非线性方程来说只有启发性，没有完整的理论，对于边界条件影响的分析，困难就更大一些。所以计算方法本身的正确与可靠也要通过实际计算加以确定，为了验证计算结果的正确性，还必须与相应的理论计算结果进行比较。
2 调节阀的设计
2.1 调节阀简介
发展至今，调节阀已经有八九十年的历史了，先后产生了十几类的调节阀产品，从20世纪20年代出现的原始的稳定压力用的调节阀，到单座阀，双座阀的问世再到定位器的产生，然后出现了隔膜阀、角形阀、蝶阀、球阀以及三通阀。60年代，国外推出了套筒阀，70年代研制出了的偏心旋转阀。而在90年代，出现了高压、高温型阀门以及全功能型调节阀，继而诞生了各种智能型阀门。我国调节阀工业生产起步较晚，但到90年代，在引进和消化国外的先进技术后开始飞速发展，填补了一些特殊工业控制的空白，我国调节阀的工业水平也大大提高了，与国外差距也缩小了[ ]。