含阻系統(tǒng)中多孔板的流動(dòng)分析及其工業(yè)應(yīng)用研究.pdf

1、多孔板是管路系統(tǒng)中進(jìn)行壓力和流動(dòng)調(diào)節(jié)、水力空化和吸聲降噪的重要元件，對(duì)滿足系統(tǒng)特定操作條件、保護(hù)設(shè)備與系統(tǒng)的安全穩(wěn)定具有重要意義。隨著國家重大工程的建設(shè)與發(fā)展，傳統(tǒng)管路系統(tǒng)已不能滿足復(fù)雜工況下的安全穩(wěn)定運(yùn)行要求;利用多孔板作為管路系統(tǒng)的外加組成元件，可起到對(duì)管路系統(tǒng)的壓力與流量控制、水力空化和吸聲降噪等作用。尤其在國際社會(huì)對(duì)節(jié)能環(huán)保越來越關(guān)注、國家政策對(duì)于先進(jìn)制造越來越重視的背景下，開展對(duì)孔板、閥門和換熱器等流動(dòng)分析具有重要的科學(xué)意義與

2、工程價(jià)值。
　　本文在浙江省重大科技專項(xiàng)“極端工況下高效節(jié)能減溫減壓技術(shù)及裝置的研制與應(yīng)用”(2012C11018-1)、“抗污染超濾技術(shù)在海水淡化預(yù)處理中的研究與應(yīng)用”(2012C13009)和“流程工業(yè)高效節(jié)能技術(shù)與綠色裝備”浙江省重點(diǎn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2011R50005)的支持下，通過數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)多孔板的流動(dòng)及其典型工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了研究分析。主要研究?jī)?nèi)容和成果有:
　　首先，建立了多孔板在管路中的含阻系統(tǒng)模型。從

3、系統(tǒng)分析方法入手，對(duì)彈簧滑塊系統(tǒng)、直流電路系統(tǒng)、流場(chǎng)壓降系統(tǒng)和平板傳熱熱阻系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，并對(duì)計(jì)算流體力學(xué)、場(chǎng)協(xié)同分析和實(shí)驗(yàn)分析三種流動(dòng)分析方法進(jìn)行了闡述;提出了含阻系統(tǒng)的概念，即其是一種系統(tǒng)分析方法，由阻元、過體和勢(shì)頭三個(gè)部分組成，可直接建立阻元對(duì)于勢(shì)頭的影響關(guān)系;結(jié)果表明采用其開展基于孔板結(jié)構(gòu)的性能預(yù)測(cè)具有一定準(zhǔn)確性。
　　其次，建立了單級(jí)孔板的數(shù)值模型，開展了單相流和兩相流分析，將典型模型與現(xiàn)有的文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，分

4、析了孔板的孔板厚度、開孔率、中心孔和孔間距對(duì)于阻力特性和空化特性的影響;結(jié)果表明:開孔率對(duì)孔板的壓降水平表現(xiàn)敏感，中心孔的存在可使壓降水平下降約10％;出口壓力較小時(shí)更容易發(fā)生空化;含阻系統(tǒng)的分析方法可較好分析開孔率等不同參數(shù)下的孔板壓降水平等。
　　再之，建立了多級(jí)孔板的數(shù)值模型，開展了阻力和氣動(dòng)特性分析，研究了兩級(jí)孔板板間距、相同總空間下的多級(jí)孔板、兩級(jí)孔板中心孔偏心和兩級(jí)孔板旋轉(zhuǎn)錯(cuò)位等對(duì)阻力特性和氣動(dòng)特性的影響;結(jié)果表明:當(dāng)

5、板間距增大到一定程度后壓降不再上升;在相同空間下的多孔板結(jié)構(gòu)板間距與壓降水平在同一速度下成線性關(guān)系;偏心度較大時(shí)最大馬赫數(shù)較高;旋轉(zhuǎn)錯(cuò)位角較小時(shí)流動(dòng)的影響范圍較廣;含阻系統(tǒng)的分析方法可對(duì)偏心距和旋轉(zhuǎn)錯(cuò)位問題的壓降特性等進(jìn)行分析。
　　最后，針對(duì)先導(dǎo)式截止閥、化工生產(chǎn)后處理過程集成裝備蜂窩夾套、含多級(jí)孔板的減溫減壓裝置等三種含孔板結(jié)構(gòu)的典型工業(yè)裝備進(jìn)行了研究。(1)對(duì)先導(dǎo)式截止閥的閥芯處的流動(dòng)特征進(jìn)行了數(shù)值分析，并用實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)

6、證;對(duì)不同孔結(jié)構(gòu)下的流動(dòng)和汽蝕特性進(jìn)行了研究，提出了基于含阻系統(tǒng)分析方法的先導(dǎo)式截止閥閥芯孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。(2)對(duì)化工生產(chǎn)后處理過程集成裝備中蜂窩夾套換熱器進(jìn)行了數(shù)值分析，并用實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證;對(duì)不同的孔分布情況下的傳熱與壓降特性進(jìn)行了分析，提出了基于含阻系統(tǒng)的蜂窩夾套換熱器的孔分布設(shè)計(jì)方法。(3)對(duì)減溫減壓裝置中多孔板的應(yīng)用進(jìn)行了研究，對(duì)多級(jí)孔板的馬赫數(shù)和多級(jí)減壓情況進(jìn)行了數(shù)值分析，提出了應(yīng)用含阻系統(tǒng)思維的減壓閥內(nèi)多級(jí)減壓孔板的設(shè)