流程阀门流体动力学

流程阀门是一种广泛使用的流程调控装备， 其调控功能主要依靠改变 流道通流面积来实现。 阀门内部随调控过程而变化的复杂流动特征是影响 其安全性和可靠性的内在因素。 本书针对单相和含固两相等工况， 从基础 理论、 数值计算和实验研究等方面对流程阀门开展研究， 建立了单相工况 流程阀门调控过程流体动力学特性计算方法， 获得了不同结构流程阀门的 调控特性与内部流动特征， 建立了流程阀门含固两相流体动力学特性及流 致磨损计算方法， 获得了阀内两相流动特征及内部流道的磨损特性， 为流程阀门的设计以及可靠运行提供了理论和技术支撑。 本书可作为流程阀门教学人员和科研人员的参考书， 对从事流程阀门 产品设计和实际应用的工程技术人员也具有重要的借鉴和参考价值。

前言
本书字符含义
第 １ 章 绪论 ……………………………………………………………………… １
1􀆰 1 概述 ……………………………………………………………………… 1
1􀆰 2 阀门流阻特性 …………………………………………………………… 3
1􀆰 2􀆰 1 阀门流量特性 …………………………………………………………… 3
1􀆰 2􀆰 2 阀门流量系数 …………………………………………………………… 5
1􀆰 2􀆰 3 阀门阻力系数 …………………………………………………………… 6
1􀆰 3 流程阀门研究现状 ……………………………………………………… 6
1􀆰 3􀆰 1 单相工况 ………………………………………………………………… 7
1􀆰 3􀆰 2 含固两相工况 …………………………………………………………… 9
第 ２ 章 单相工况流程阀门数值计算方法…………………………………… １９
2􀆰 1 数值计算方程 …………………………………………………………… 19
2􀆰 1􀆰 1 流体流动控制方程 ……………………………………………………… 19
2􀆰 1􀆰 2 湍流模型 ……………………………………………………………… 20
2􀆰 1􀆰 3 壁面函数 ……………………………………………………………… 24
2􀆰 2 网格处理方法 …………………………………………………………… 25
2􀆰 3 数值计算策略 …………………………………………………………… 26
第 ３ 章 球阀流体动力学特性分析 …………………………………………… ２８
3􀆰 1 球阀启闭过程动态流体动力学特性 …………………………………… 28
3􀆰 1􀆰 1 物理模型和数值计算方案 ……………………………………………… 28
3􀆰 1􀆰 2 阀门特性实验…………………………………………………………… 29
3􀆰 1􀆰 3 球阀启闭过程流阻特性变化规律 ………………………………………… 30
3􀆰 1􀆰 4 球阀启闭过程内部流场变化规律 ………………………………………… 34
3􀆰 2 V 型球阀流体动力学特性 ……………………………………………… 37
3􀆰 2􀆰 1 数值模拟模型及计算方案 ……………………………………………… 37
3􀆰 2􀆰 2 阀门特性实验…………………………………………………………… 39
3􀆰 2􀆰 3 V 型球阀稳态特性 ……………………………………………………… 40
3􀆰 2􀆰 4 V 型球阀瞬态调控特性 ………………………………………………… 48
第 ４ 章 截止阀流体动力学特性分析 ………………………………………… ５５
4􀆰 1 普通截止阀流体动力学特性研究 ……………………………………… 55
4􀆰 1􀆰 1 数值模拟模型及计算方案 ……………………………………………… 55
4􀆰 1􀆰 2 数值模拟和实验对比 …………………………………………………… 58
4􀆰 1􀆰 3 截止阀内部二维瞬态流场 ……………………………………………… 60
4􀆰 1􀆰 4 截止阀内部三维稳态流场 ……………………………………………… 62
4􀆰 2 节流型截止阀流体动力学特性研究 …………………………………… 66
4􀆰 2􀆰 1 数值模拟模型及计算方案 ……………………………………………… 66
4􀆰 2􀆰 2 改进前后截止阀内部流场对比…………………………………………… 66
4􀆰 2􀆰 3 改进前后阀门流阻特性对比 …………………………………………… 68
4􀆰 3 阀芯结构变化对节流型截止阀流体动力学特性的影响 ……………… 73
4􀆰 3􀆰 1 阀门结构模型…………………………………………………………… 73
4􀆰 3􀆰 2 数值模拟和实验对比 …………………………………………………… 73
4􀆰 3􀆰 3 阀芯结构对节流型截止阀性能参数的影响 ……………………………… 75
4􀆰 3􀆰 4 阀芯结构对节流型截止阀内部流动特性的影响…………………………… 76
第 ５ 章 流程阀门含固两相流动及流致磨损数值计算方法 ……………… ８０
5􀆰 1 含固两相流动计算方法简介 …………………………………………… 80
5􀆰 2 基于欧拉￣ 拉格朗日方法的数值计算模型 …………………………… 81
5􀆰 2􀆰 1 连续相计算模型 ………………………………………………………… 81
5􀆰 2􀆰 2 离散相运动方程 ………………………………………………………… 81
5􀆰 2􀆰 3 颗粒和壁面的碰撞反弹模型 …………………………………………… 87
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流程阀门是流程输送的主要调控装备， 广泛应用于石油、 化工、 电力、 冶金、 轻工、 农业、 民用和国防各领域， 在国民经济中占有重要的地位。 流程阀门的调 控功能主要依靠启闭件的升降、 滑移、 旋摆或回转运动改变流道面积大小来实现， 其实质是调控阀门内部流体的流动规律。 在阀门的节流作用下， 阀门内部极易产 生漩涡、 回流、 二次流等不稳定涡流状态， 这些复杂流动状态的产生和发展是导 致阀门运行失效的主要内在因素。 同时， 由于流程阀门使用环境的多样化， 其内 部流通的介质常常不是单一的流体， 而是流体和固体的混合介质。 阀门内部涡流 与颗粒运动相互耦合， 不仅会导致阀门内部流体动力学特性的复杂化， 还将致 使阀门内部流道表面出现不同程度的磨损， 从而降低阀门的工作寿命， 影响输 送系统的安全性和可靠性。 尽管国内外研究人员对流程阀门内部流体动力学的 特性开展了一些研究， 但是由于阀门种类以及使用环境的多样化， 该方面的研 究还需要进一步深入拓展， 从而更好地为阀门的设计开发及应用控制服务。 本书以对我国经济建设和国家安全有重要现实意义的流程阀门为研究对象， 针对单相及含固两相等实际工况， 从基础理论、 数值计算和实验研究等方面开 展研究， 建立了单相工况流程阀门调控过程流体动力学特性计算方法， 获得了 不同结构流程阀门的调控特性与内部流动特征ꎻ 建立了流程阀门含固两相流体 动力学特性及流致磨损计算方法， 获得了阀内两相流动特征及内部流道的磨损 特性， 为流程阀门的设计以及可靠运行提供了理论和技术支撑。 在本书编写过程中， 得到了浙江理工大学、 浙江省机电设计研究院有限公 司、 五洲阀门股份有限公司以及浙江固特气动科技股份有限公司等高校和企业 有关老师和科技人员的大力支持， 在此一并表示衷心的感谢! 本书的出版得到了国家自然科学基金项目 (Ｎｏ􀆰 ５１８７６１９３、 Ｎｏ􀆰 ５１４０６１８４) 和浙江省科技计划项目 (Ｎｏ􀆰 ２０１５Ｃ３１００２) 的资助。 对于书中存在的缺点和错误， 敬请读者批评指正。

朱祖超 林 哲