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多级套筒调节阀流场数值模拟与流量特性研究

王燕;徐晓刚;胡建;郝娇山;王若愚;李树勋

【摘要】以连续性方程、三维雷诺平均N-S方程和基于各向同性涡黏性理论的k-

e方程组成多级套筒调节阀内部流动数值模拟的控制方程组,依据数值计算要求,设

定适当的边界条件,采用结构与非结构网格相结合有限体积法对控制方程组进行离

散；应用CFD软件对多级套筒调节阀内部流场进行内三维湍流流动数值模拟,分别

对其压力场、速度场和迹线分布进行了分析.结果表明多级套筒结构的设计能较好

地改进阀内流动状况,实现压力的渐变,有效地避免汽蚀现象的发生.在设计过程中引

入了CFD仿真实验,研究了多级套筒调节阀的流量特性,提高了样机试制的成功率,

缩短了开发周期,降低了成本,从而为多级套筒调节阀的设计与研究提供借

鉴.%Three-dimensionalnumericalsimulationoftheinternalturbulentfluid

fieldinmultistagecagecontrolvalveisperformedbyusingcomputational

fluiddynamicssoftware.Thepressurefield,velocityfield,pathline

distributionandflowcharacteristicsareanalyzed.Theresultsshowthatthe

internalflowfieldsbecomemoreuniform.Thedevelopmentcycleis

shortenedandthecostisreduced,whichcanprovideareferenceforthe

researchofmulti-stagecagecontrolvalve.

【期刊名称】《石油化工自动化》

【年(卷),期】2013(049)001

【总页数】4页(P50-53)

【关键词】数值模拟;多级套筒;调节阀;性能分析;流量特性

【作者】王燕;徐晓刚;胡建;郝娇山;王若愚;李树勋

【作者单位】重庆川仪调节阀有限公司,重庆400700;兰州理工大学石油化工学院,

兰州730050;重庆川仪调节阀有限公司,重庆400700;重庆川仪调节阀有限公司,重

庆400700;重庆川仪调节阀有限公司,重庆400700;兰州理工大学石油化工学院,兰

州730050

【正文语种】中文

【中图分类】TH134

在现代工业生产中，调节阀属于控制阀系列，它是流体运输过程和工艺环路中的重

要控制元件，是确保各种工艺设备正常工作的关键设备，被广泛应用于工业生产及

日常生活各个领域中。随着技术的进步，工业实践中的各种场合都对调节阀提出了

高温、高压、高压差等要求。尤其是应用于高压差条件下的调节阀，极易在阀芯及

阀座部位产生严重的冲蚀和汽蚀，并伴有强烈的振动和噪声现象。这些现象导致在

高压差条件下工作的调节阀工作性能降低、使用寿命缩短，带来安全隐患，给工业

生产领域的安全高效运转带来诸多问题，甚至导致严重事故发生。因此，研发专用

于高压差工况下的特殊调节阀意义重大。

文中介绍了研发的多级套筒式调节阀内部结构及其工作过程。应用计算流体力学

(CFD)软件对多级套筒调节阀内部流场进行内三维湍流流动数值模拟，获得调节阀

内部压力、速度及迹线的分布。借助CFD仿真实验的方法，可以得到多级套筒调

节阀的CV和流量特性曲线，提高样机试制的成功率，缩短开发周期，避免常规设

计中，凭借经验参数或者实际试验后再修改造成的周期与成本的增加，从而为多级

套筒调节阀的设计与研究提供进一步的参考。

研发设计的多级套筒调节阀结构如图1所示。该调节阀多用于电站、石化、化工

行业及其他高参数工况下，工作介质多为高温水或过热蒸汽。通液体时流向为从右

向左，液体由套筒外侧流向内侧；通气体时流向为从左至右，气体由套筒内侧流向

外侧。由于多级套筒的作用，流体在通过阀体时要经历一个多次逐级降压的过程，

流体每通过一层套筒压力就会下降一次。多级套筒作为该阀的核心部件，可以使介

质流速的增加得到抑制，将压力的变化控制在允许的范围之内，有效地避免和减轻

闪蒸空化现象的发生以及高速流体对阀门部件的冲蚀，延长调节阀的使用寿命，并

保证设备与系统的可靠运行。

2.1流道实体模型的建立

利用Solidworks三维实体建模软件，对调节阀腔内部流道建立模型。整体模