先導(dǎo)薄膜式蒸汽減壓閥動(dòng)態(tài)特性仿真優(yōu)化與消聲研究.pdf

1、先導(dǎo)薄膜式蒸汽減壓閥作為一種利用蒸汽自身能量來調(diào)控管系壓力的自力式閥門，其性能好壞是決定整個(gè)蒸汽系統(tǒng)能否安全、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工況惡劣多變且調(diào)節(jié)精度要求高，一般的靜態(tài)理論計(jì)算、傳統(tǒng)樣機(jī)試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方法根本無法滿足用戶對(duì)減壓閥工作穩(wěn)定、響應(yīng)迅速的運(yùn)行要求。同時(shí)隨著工業(yè)生產(chǎn)呈現(xiàn)大容量、高參數(shù)、高效低耗的趨勢(shì)發(fā)展，蒸汽減壓閥內(nèi)流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)、噪聲問題凸顯，嚴(yán)重干擾設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，且對(duì)操作人員的身心健康構(gòu)成較大威脅。針對(duì)以

2、上問題，本文以我校與某公司合作研發(fā)的先導(dǎo)薄膜式蒸汽減壓閥系列產(chǎn)品中DN50、PN25規(guī)格為主體研究對(duì)象，開展以下一系列研究:
　　(1)采用流場(chǎng)數(shù)值模擬方法對(duì)蒸汽減壓閥不同節(jié)流閥口縮流系數(shù)和阻塞流臨界壓力比進(jìn)行分析計(jì)算以作為數(shù)學(xué)建模依據(jù);建立了先導(dǎo)薄膜式蒸汽減壓閥從氣源到負(fù)載完整的動(dòng)態(tài)模型，其中考慮了實(shí)際工況下真實(shí)氣體效應(yīng)及蒸汽節(jié)流減壓中的焦耳—湯姆遜效應(yīng)，為隨后建立Matlab/Simulink系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真模型圖奠定理論基礎(chǔ);<

3、br>　　(2)在壓力及流量特性分析的基礎(chǔ)上驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)參數(shù)影響方案的可行性;對(duì)調(diào)節(jié)彈簧剛度、導(dǎo)閥阻尼系數(shù)、主導(dǎo)閥膜片面積、主閥低壓腔容積和主閥載荷強(qiáng)容積等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)減壓閥動(dòng)態(tài)性能的影響進(jìn)行仿真對(duì)比研究;利用目標(biāo)函數(shù)、優(yōu)化算法對(duì)先導(dǎo)薄膜式蒸汽減壓閥的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，使先導(dǎo)薄膜式蒸汽減壓閥動(dòng)態(tài)性能得到了很大提升;
　　(3)通過計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模擬蒸汽減壓閥內(nèi)三維湍流非定常壓力脈動(dòng)特性，基于時(shí)均化流場(chǎng)計(jì)算和大渦模擬兩種

4、方法，尋求閥門內(nèi)部流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)和噪聲的流場(chǎng)誘因;利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)蒸汽減壓閥閥體進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，應(yīng)用聲學(xué)軟件對(duì)減壓閥腔體、進(jìn)出口管道構(gòu)成的聲腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行聲學(xué)模態(tài)分析，得到減壓閥可能出現(xiàn)聲共振的頻率范圍及振型;
　　(4)通過流體、固體結(jié)構(gòu)及聲場(chǎng)的聲振耦合方法對(duì)蒸汽減壓閥內(nèi)部聲場(chǎng)進(jìn)行求解，在分析聲場(chǎng)模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上探討氣動(dòng)噪聲在閥體外的輻射規(guī)律;通過改進(jìn)主閥閥芯、閥座結(jié)構(gòu)等來對(duì)比分析對(duì)氣動(dòng)噪聲的影響規(guī)律，為先導(dǎo)薄膜式蒸汽