[发明专利]一种调节阀内部尺寸设计方法

说明书

本发明提供一种调节阀内部尺寸设计方法，基于ANSYS平台，通过多次迭代设计，修正模拟流量系数与理论流量系数之间的差值，使得调节阀模拟流量系数接近理论流量系数，提高了调节阀的内部尺寸的设计精度，进而提高了调节阀的调节性能；并通过特定的网格划分方法及求解设置，降低模拟计算误差、缩短每次迭代时间，进而缩短了产品研发周期。

技术领域

本发明涉及自动化仪器仪表领域，特别是涉及一种调节阀内部尺寸设计方法。

背景技术

调节阀在工业化应用中，尤其是在化工工艺系统中起着调节介质压力、流量等参数的作用，其调节性能关系到化工生产的质量与安全，是化工工艺系统中重要的控制元件。调节阀的调节性能取决于阀门各开度Cv值与理论Cv值的误差大小；而各开度Cv值可通过设计各开度时阀内件的流通面积来实现。

目前，调节阀内件尺寸通常采用面积比拟法进行设计，但多数情况下，其有效流通面积与实际明显偏离，且面积比拟法未考虑阀内件不同开度的流体流动变化，设计参照模型的误差会传递到新设计的产品中，产生累积误差，其所得结果有时与真实结果相差较远，影响调节阀的调节性能。在使用有限元分析软件进行辅助设计时，存在网格质量要求较高，网格划分耗时长、计算模型复杂、求解耗时长等问题，导致设计周期长，无法满足阀门小批量多品种生产的需求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种调节阀内部尺寸设计方法，用于解决现有技术中调节阀内部尺寸与理论值误差较大且产品周期较长的问题，提高了内部尺寸的设计精度，缩短了产品研发周期。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种调节阀内部尺寸设计方法，其包括：

S1：提供调节阀型号以及理论流量系数，选取流量系数与所述理论流量系数最接近且为同型号的调节阀，并定义所述同型号的调节阀为参考模型，定义与所述理论流量系数最接近的流量系数为参考流量系数；

S2：参考流量系数、参考流通面积以及理论流量系数通过正比例关系计算得到设计流通面积，并根据设计流通面积建立开度M情况下的结构模型；

S3：将结构模型导入ANSYS平台的Design Modeler模块中，并建立流体模型；

S4：对流体模型进行网格划分，并进行计算得出流体模型的进、出口压力以及体积流量；

S5：根据进、出口压力以及体积流量计算得到模拟流量系数；

S6：判断模拟流量系数与理论流量系数的误差是否在N％内，若是，则完成开度M情况下的内部尺寸设计；若否，则返回S2，模拟流量系数、模拟流通面积以及理论流量系数通过正比例关系计算出设计流通面积，并根据设计流通面积建立开度M情况下的结构模型。

可选的，网格划分包括：利用ANSYS mesh将流体模型进行网格划分，通过设置全局网格尺寸以及细化节流处网格，完成网格划分并生成网格文件。

可选的，网格文件导入到ANSYS Fluent中，设置流体介质为水、湍流模型为RNS K-e，求解器为Pressure-based，近壁面采用近壁面函数法，求解控制参数保持默认，进行求解计算。

可选的，湍流模型为RNS K-e，边界条件采用速度进口和压力出口。

可选的，求解计算收敛，得到进、出口压力及体积流量。

可选的，求解计算收敛的条件为流体模型无回流产生、各残差曲线区域平稳、进口压力范围波动平稳以及体积流量绝对值误差小于±0.005％。

可选的，模拟流量系数计算公式为：其中Cv_模为模拟流量系数，P₁为进口压力，单位为kPa*A；P₂为出口压力，单位为kPa*A；Q为体积流量，单位为m³/hr。