蝶阀动水力矩计算及蝶板颤振消除研究

作     者：韩永东 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余建平

授予年度：2021年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：蝶阀 动水力矩 CFD-Fluent 蝶板颤振 优化设计 螺旋筋板 

摘      要：中国虽是蝶阀的制造大国,但是对阀门相关的理论研究不足,导致阀门工业大而不强。蝶阀在化工企业、航天领域和核动力系统中广泛使用,但是工业界对蝶阀的动水力计算方法不统一,导致计算结果差异较大,从而影响阀门启闭执行机构的正确选型。本文采用数值模拟法及实验法对蝶阀动水力特性深入研究,研究工作对于提高蝶阀理论设计水平起到积极促进作用。本文主要研究工作如下:(1)针对国内外现有的各种蝶阀动水力矩计算方法多样,计算结果差异巨大的问题,本文依据平面势流理论推导了新的动水力矩系数计算公式。(2)搭建了风洞实验台,实验测得不同开度下蝶阀动水力矩,检验并修正了所推导的动水力矩系数计算公式。(3)针对实验测得的Re数范围较小的问题,采用CFD-Fluent软件计算了蝶阀动水力矩系数,在检验数值模拟可靠性的基础之上,再次修正了动水力矩系数计算公式,扩大了公式应用范围。(4)动水力矩系数随着开度增加出现两种情况。一种是在受限空间内的流体流经蝶板时,产生动水力矩系数随开度的增减而减小;另一种是大空间下,流体流经蝶板产生的动水力矩系数随着开度的增加先增大后减小,在30°左右达到最大,之后开始减小。无论是在受限空间还是大空间内,随着Re的增大蝶阀动水力矩系数增大,但增加的幅度很小。(5)针对大口径蝶阀出现的蝶板颤振问题,利用动网格技术模拟了流致振动作用下蝶板的运动行为。研究表明,蝶板后涡的形成与脱落是造成蝶板颤振的主要原因;因此,本文从旋涡的形成与脱落的角度对蝶板结构进行优化与设计,即在蝶板下板面增加螺旋筋板,抑制了蝶板后方旋涡的形成与脱落,增加了升力,使得蝶板能够保持全开状态,从而解决了蝶板颤振问题。