2024届 林仕杰硕士论文《合流型三通调节阀交汇流流动特性研究》

合流型三通调节阀是一种重要的过程控制装备,安装于多管路分支的交汇点,将来自旁路的流体交汇于总路的同时,控制流体参数。当前,合流型三通调节阀的国产化程度低,且表现出调节能力差和流阻过大的问题,在机组实际运行的过程当中经常引起调节偏差报警,需要停机后人工检测调整,浪费了大量人力、物力成本,给生产的可靠性和高效性带来了极大障碍。因此,提升合流型三通调节阀的调节性能并实现国产化设计具有重要意义。主要研究内容和成果如下: (1)针对合流型三通调节阀建立了基于标准K-ω湍流模型的高精度数值模型,并搭建了流量测试实验台架。基于数值模型计算各工况下的流量特性,通过实验所得结果进行验证。基于数值模型,探究了阀内件、入口压力、出口总流量对阀内介质流动轨迹、流速和压力分布的影响。 (2)基于流体力学基本方程,推导出合流型三通调节阀在特定工况和特征结构参数的入口流量和局部损失压头解析式。在不同阀门开度、入口压差、出口总流量的工况条件下,讨论了合流型三通调节阀局部损失大小、局部损失构成和入口流量的变化规律。 (3)提出了交汇流特性矩阵法,用于完全表征合流型三通调节阀流量特性和流阻特性。基于交汇流特性矩阵,分别提出有效域和可调域对入口回流现象和调节死区现象进行表征,并结合各工况点的局部阻力损失,实现对阀门综合性能的评估。从阀芯和节流窗口两个方面对阀门结构做出优化,提出节流窗口轮廓函数化设计方法,通过获得待定参数和综合性能评估参数的对应关系,对节流窗口进行最优化参数选取,从而提升阀门的综合性能。