当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

一种自动流量平衡阀的数值分析及实验研究


液压与气动

2006年第1期

一种自动流量平衡阀的数值分析及实验研究
沈新荣,陆冰,李江莉。李增珍 The Numerical Analysis and Experimental Investigation of

Automatic Flux Compensation Vavle
SHEN Xi

n—rong,LU BiIlg,LI Jiang—li,LI Zeng—zhen

(浙江大学流体工程研究所,浙江杭州310027)

摘要:针对设计的一种自动流量平衡阀模型,进行了三维数值模拟和实验研究。数值分析采用BNG k_e三维湍流模型和非结构化网格SIMPLE计算方法,对不同阀芯位置时进行三维流动的数值计算,获得了 平衡闯流量压差特性关系。实验研究在自行建造的具有高精度数据采样功能的实验台中进行,得到了不同 压差下的流量特性。计算和实验对比结果表明,三雏CFD数值模拟设计平衡阀的方法完全可行,且控制精 度很高。 关键词:水力平衡;自动流量平衡阀;数值分析;实验研究 中图分类号:THl37文献标识码:B文章编号:1000—4858(2006}01—0001—03—0056—03
1引言

量平衡阀的控制精度。计算和实验对比表结果表明,三 维CTD数值分析的方法应用于自动流量平衡阀的研发 完全可行,且控制精度很高。


在大量空调采暖水系统中,因水力失调而导致能 耗浪费、流动噪声增加的现象普遍存在。自动流量平 衡阀可以缓解甚至解决上述问题,因此自动流量控制 阀不仅在中央空调水系统的水力平衡系统中可望得到 大量应用,而且在大量需要恒流量控制的流体管网智 能流动领域内得到工程应用。 自动流量平衡在国外已经有多年的历史,但国内 专门从事新型自动流量平衡阀的研究开发工作较少。 目前,已经公开的自动流量平衡阀有两种类型:固定流 量型和现场可调校可设定流量型u J,关于自动流量平 衡阀的研发普遍基于一维流动的工程模型(或准二维 流动模型),结合传统工程设计公式和大量实验修正的 方法进行。这种自动流量平衡阀的控制精度普遍较低 (如某著名进口品牌的自动流量平衡阀实际控制精度 超过±5%),且阔的内部流动结构也有待进一步完善。 本文基于固定流量型平衡阀的模型进行研究,采用

自动流量平衡阀的结构原理与三维几何造型构建 自动流量平衡阀由阀芯、线性螺旋弹簧、弹簧支撑

及套筒组成,三维几何结构如图1a,普通薄壁节流孔 板的流量特性如图1b中曲线1L2J,阀中流体通过阀芯 时因不同压差产生特定的位移,而每个位移对应特定 的流通面积,使得流量特性由曲线1变成曲线2。



a)三维结构

b)流蟹特性曲线 图1结构和特性曲线

三维aD数值分析与实验研究相结合的方法,首先利
用传统工程方法设计不同形状的阀芯,并进行了大量三 维湍流流动的数值计算,获得了平衡阀流量压差特性关 系,然后通过对计算结果进行优化选型,得到几种相对 合理的三维几何模型,并利用三维数值计算压力场的压 差数据计算出线性螺旋弹簧的弹性模量和初始位移,最 后将设计计算的线性螺旋弹簧安装到实际模型中,利用 实验方法校核数值计算结果的可行性,并测量出自动流
收稿日期:2005—06—30 作者简介:沈新荣(1968一),男,浙江杭州人,副教授,主要从 事人工环境设备方面的设计研究。

具体工作过程如下:当△p≤△声i时,阀门全开, 阀芯具有最大通流面积(图2a),流量随压差的变化特性 曲线同普通薄壁节流孔板的流量特性曲线相似;!t
z',pl

万   方数据

2006年第1期

瘫压与气动 3a给出了阀芯开度为0 nm时阀芯在二维轴向剖面的 速度矢量图,图3b为阀芯内表面的三维压力分布图。 通过数值计算结果的整理、比较得到一类压差与 位移线性关系更优的三维几何造型构建模型,作为最 终我们确定的一种实验模型,并利用三维计算压力场 的压差力积分值计算出线性螺旋弹簧的弹性模量k 和初始位移zn。 4自动流量平衡阀的实验研究 为了检验数值计算中经过优化选型所确定的实验 模型,我们专门搭建了装有高精度流量传感器和压差


≤△p≤△恕时,即压差在控制工作压差范围内,阀芯 在前后压差△p的作用下通过线性螺旋弹簧的伸缩,自 动改变可变侧流通孔面积(图2b),从而保持了流量恒定 (图1b曲线2);当△声≥/Xp2时,即压差超过了控制工 作压差范围时,阀芯的过流面积保持最小(图2c),阕又 成了一个固定阻力系数的节流装置。

a)最大通流耐税

b)变化的通流面积c)最小通流面积

传感器的管道流动实验台,结构示意如图4,通过改变 调节阀8的通流能力使自动流量平衡阀3两端的压差 △p一发生变化,利用计算机快速数据采样和信号处理

图2自动流量平衡阀阀芯在不同压差下的工作状况

3自动流量平衡阀的数值计算 在来流速度恒定不变的条件假设下(相对于来流 的流量恒定Qm,),阀芯在不同固定位移时进行三维 湍流流动的数值计算,将三维数值计算结果进行积分 可得到阀芯进出端面的平均压降损失(平均压差 APcFD)。每个压差与阀芯的固定位移对应。而阀芯 在轴向的受力可以简化为压差力积分值与线性弹簧力 的平衡(即压差力积分值与线性弹簧力是相等的),如 果能保持压差力积分值与阀芯的固定位移呈线性关 系,则利用线性螺旋弹簧就可以实现恒流量功能。

得到平衡阀的流量Q。、压差△p。的实验值。

1水泵2、4压力传感器3流量平衡闽5.流量传感器 6.数据采集昔J.计算机8节流阀9截止阀10.水箱

图4试验装置示意图

实验结果与数值分析的的对比见表1,从表中可 具体计算采用RNG k-e湍流模型E3J,结合四面体网格 的SIMPLE[4 3方法求解了阀芯在不同固定位移时的湍 流三维流动,从而得到阀芯前后的压差力。计算模型 采用平衡阀安装在管道中的总模型,且管道总长度考 虑到适合充分发展的出流边界条件,人口条件采用来 流均匀流速,网格数目在20万左右,收敛判断准则为 满足连续性条件的动量方程、k方程、£方程剩余残差 均小于0.0001。


以看出,在阀的工作压差范围内,自动流量平衡阀的变 化范围为585--630 LAa,该阀的设计流量为620 控制精度达到±4%。
表1实验结果与数值分析结果的比较
△声∞ Q邮 fL/h)
585 615 620 625 620 590 600

L/h,

△声cFD

Q∞
fL/h)
620 620 620 620 620 620 620 620

fr∞)
0 033 0 897 3 067 4 478 7 950 11.748 13 810 14 00

fMPa)
0 150 0 170 0 375 0 508 0 835 1.190 1 392 1 595

(tCff'a)
0 18 0 20

型,每种模型在八种不同开度下计算得到三维流场。图

喊霞 瘩隧遴
a)轴截而的速度矢量

计算选用设计流量为620 L/h的几种不同三维模

0加
O.53 0 85 1 20 1 39 1 65

62

5结论 本文对自行设计的自动流量平衡阈进行了三维湍
b)内表面的压力分布

流流动的数值分析,利用数值计算结果的优化得到的 三维模型进行了实验研究。计算和实验对比结果表

图3

阀芯的速度矢量和压力分布囤

万   方数据

液压与气动

2006年第1期

高速凹印机气动控制系统设计
孙玉秋 The Design of Pneumatic System for High Speed Gravure Press
SUN Yu-qiu

(北京印刷学院机电工程系,北京102600)

摘要:依据高速凹印机印刷过程对印刷机各个工作机构的动作要求,设计了气动位置控制系统,包括 给纸部分和收纸部分的栽切装置、驱动装置、浮动辊装置,印刷装置的离合压机构等气动控制系统。通过使 用气动仿真软件对设计系统进行仿真,系统完全符合凹印机印刷要求。 关键词:凹印机;气动;控制 中图分类号:THl38文献标识码:B文章编号:1000—485812006)01—0001—03—0058—03 1前言 随着人们物质文化生活水平的提高和消费观念的 改变,国内包装市场近十年来每年以20%以上的速度 增长,而包装印刷的市场增长更快,并且印刷的质量和 品位也在不断地提高。凹版印刷以其图像精美、色彩 浓重鲜艳给产品使用者留下深刻的印象,因此目前凹 版印刷主要用于包装产品的印刷【1_1。与此同时国内 外凹版印刷设备也得到了1s速发展。凹印机工作速度 高,目前国际上凹版印刷机印刷速度最高可以达到
600

和高使用寿命;气动控制系统具有节能和低功耗等并 且可以与控制系统直接相连;气体介质无油、无味、无 菌,能够防火、防爆、防电磁干扰、没有环境污染等L3 J, 因此气动技术非常适合于作为包装印刷主要方式之一 的凹版印刷设备的控制。本文主要针对高速凹印机气 动控制系统设计进行论述。 2高速凹印机气动控制系统的任务 高速凹印机在给纸系统、印刷装置、收纸系统中都 需要进行位置控制。印刷材料以卷料的形式向印刷机 中输送,印刷完成之后,通过收卷系统将卷料重新卷 起,以备包装时使用。凹印机在给纸、印刷、和收纸部 分都需要进行气动控制。凹印机给纸系统主要完成将 卷料不断展开并平稳地输送到印刷装置中进行印刷。 给纸系统进行换纸或印刷工作结束需要对给纸纸路中 的纸带通过载切部分的载刀将其裁断。纸路中支承纸 张的浮动辊为了使纸带经过时,减缓运动速度波动、纸 带偏斜、偏心等造成的抖动。裁切装置主要包括裁刀
收稿日期:2005

m/hin…2。凹印机可以实现多色组灵活的组合,

满足不同油墨色彩得印刷要求。凹版印刷是四种印刷 方式之一,主要特点是印版上的图像凹下,印刷时凹下 的印刷图像部分罐满印刷油墨,经过油墨刮刀在印版 表面刮过,印版上高处部分油墨被刮掉,凹坑里的油墨 转移到承印材料表面,于是承印物表面就留有由油墨 呈现的印刷图像了。就一般凹印机而言,主要包括给 纸部分、6-12个印刷单元、收纸部分及烘干装置和辅 助单元。凹印机在工作过程中既要完成各个印刷单元 印版滚筒和压辊的合压,又要实现各种位置控制。由 于气动系统中的气动元件具有许多优点,如高可靠性

06 30

作者简介:孙玉秋(1961一),女,满族,黑龙江哈尔滨市人,副 教授,硕士,主要从事印刷技术和印刷设备控制方面的工作。

明,三维CFD数值模拟设计平衡阀的方法完全可行, 且控制精度很高。BNG k一£三维湍流模型可以应用到 类似工程问题的设计计算。

[J].煤气与热力,2000,20(6). [2]费人杰.动态流量平衡阀的应用[J]制冷,1999,18(2).
【3]D
Choudhm-y Introduction【o the re口lommlization group

mettl[xt and turbulence

nxxtelingEi]Fluent

Inc

Technical

Memorandum TM一107,1993 参考文献:

[4]Patankar.S [M]New

V.Ntmmrieal heat transfer and fluid Flow

[1]陈清,陈振双,涂光备动态流量甲衡阀的原理及其应用

万   方数据

York:Hemisphere,1980


相关文章:
平衡阀的工作原理
平衡阀的工作原理平衡阀是一种特殊功能的阀门,阀门...自力式平衡阀、 定流量阀自动平衡阀等, 它是跟...2014教师资格材料分析辅... 2014小学教师资格考试《...
平衡阀的选用
式流量控制阀、定流量平衡阀等,是一种在阀体前后...弹簧受压差的作用自动控制阀胆上过流面积的大小,...2014教师资格材料分析辅... 2014小学教师资格考试《...
数值分析实验报告
数值分析实验报告_调查/报告_表格/模板_实用文档。武汉...例如:该程序中简单迭代法另一种等价形式 x=x*x*...拉格朗日插值多项式是研究数值微积分与微分方程数值解...
数值分析实验报告4
数值分析实验报告4_天文/地理_自然科学_专业资料。实验四 数值积分 实验目的 1...以上两种算法都是将 a-b 之间分成多个小区间 (n) h=(b-a)/n,xk=a+kh...
数值分析期末实验报告
数值分析期末实验报告_理学_高等教育_教育专区。数值分析期末实验报告:线性方程组...数值计算方法是数学的一个重要分支,以用计算机求解数学问题的理 论和方法为研究...
数值分析实验报告
江西理工大学研究生学院 《数值分析》课程设计实验报告 姓学专 名: 号: 业: 彭剑 6120130166 结构工程 岳老师 指导老师: 实验一 函数插值方法一、问题提出 二、...
平衡阀的讨论——全面介绍
通过阀门的自动关小 的动作能够保持流量不增大,反之...如下图所示: 动态流量平衡阀一种能在较大压差...泵压可调节到正 确的数值,这优化了泵的成本。 当...
平衡阀的讨论
(压差)变动而自动变化阻力系数,在一定的压差范围内...如下图所示: 动态流量平衡阀一种能在较大压差...泵压可调节到正确的数值, 这优化了泵的 成本。 ...
数值分析实验学生版
计算机与信息工程学院数值分析实验报告计科专业 2013 级 3 班 姓名:茆彩云 学号:201340910348 实验一:Lagrange 插值法 一、 实验目的插值法是一个古老实用的课题,...
静态平衡阀和动态平衡阀的设计
流量系统和变流量系统的分析 平衡阀与定流量和变流量系统平衡阀一种特殊...阀等, 是一种在阀体前后一定的压差范围内能自动保持管道的流量始终不变的阀 ...
更多相关标签:
流量平衡阀 | 静态流量平衡阀 | 自力式流量平衡阀 | 进口流量平衡阀 | 流量蝶式平衡阀 | 进口自力式流量平衡阀 | 进口静态流量平衡阀 | 平衡阀动态流量平衡阀 |