含阻系統(tǒng)中多孔板的流動分析及其工業(yè)應用研究.pdf

1、多孔板是管路系統(tǒng)中進行壓力和流動調節(jié)、水力空化和吸聲降噪的重要元件，對滿足系統(tǒng)特定操作條件、保護設備與系統(tǒng)的安全穩(wěn)定具有重要意義。隨著國家重大工程的建設與發(fā)展，傳統(tǒng)管路系統(tǒng)已不能滿足復雜工況下的安全穩(wěn)定運行要求;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。尤其在國際社會對節(jié)能環(huán)保越來越關注、國家政策對于先進制造越來越重視的背景下，開展對孔板、閥門和換熱器等流動分析具有重要的科學意義與

2、工程價值。
　　本文在浙江省重大科技專項“極端工況下高效節(jié)能減溫減壓技術及裝置的研制與應用”(2012C11018-1)、“抗污染超濾技術在海水淡化預處理中的研究與應用”(2012C13009)和“流程工業(yè)高效節(jié)能技術與綠色裝備”浙江省重點創(chuàng)新團隊項目(2011R50005)的支持下，通過數(shù)值模擬與實驗方法，對多孔板的流動及其典型工業(yè)應用進行了研究分析。主要研究內容和成果有:
　　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，對彈簧滑塊系統(tǒng)、直流電路系統(tǒng)、流場壓降系統(tǒng)和平板傳熱熱阻系統(tǒng)進行了分析研究，并對計算流體力學、場協(xié)同分析和實驗分析三種流動分析方法進行了闡述;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、過體和勢頭三個部分組成，可直接建立阻元對于勢頭的影響關系;結果表明采用其開展基于孔板結構的性能預測具有一定準確性。
　　其次，建立了單級孔板的數(shù)值模型，開展了單相流和兩相流分析，將典型模型與現(xiàn)有的文獻結果進行對比驗證，分

4、析了孔板的孔板厚度、開孔率、中心孔和孔間距對于阻力特性和空化特性的影響;結果表明:開孔率對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，建立了多級孔板的數(shù)值模型，開展了阻力和氣動特性分析，研究了兩級孔板板間距、相同總空間下的多級孔板、兩級孔板中心孔偏心和兩級孔板旋轉錯位等對阻力特性和氣動特性的影響;結果表明:當

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構板間距與壓降水平在同一速度下成線性關系;偏心度較大時最大馬赫數(shù)較高;旋轉錯位角較小時流動的影響范圍較廣;含阻系統(tǒng)的分析方法可對偏心距和旋轉錯位問題的壓降特性等進行分析。
　　最后，針對先導式截止閥、化工生產后處理過程集成裝備蜂窩夾套、含多級孔板的減溫減壓裝置等三種含孔板結構的典型工業(yè)裝備進行了研究。(1)對先導式截止閥的閥芯處的流動特征進行了數(shù)值分析，并用實驗結果進行了驗

6、證;對不同孔結構下的流動和汽蝕特性進行了研究，提出了基于含阻系統(tǒng)分析方法的先導式截止閥閥芯孔結構的設計方法。(2)對化工生產后處理過程集成裝備中蜂窩夾套換熱器進行了數(shù)值分析，并用實驗結果進行了驗證;對不同的孔分布情況下的傳熱與壓降特性進行了分析，提出了基于含阻系統(tǒng)的蜂窩夾套換熱器的孔分布設計方法。(3)對減溫減壓裝置中多孔板的應用進行了研究，對多級孔板的馬赫數(shù)和多級減壓情況進行了數(shù)值分析，提出了應用含阻系統(tǒng)思維的減壓閥內多級減壓孔板的設