[发明专利]一种套筒阀流量特性预测方法

权利要求书

1.一种套筒阀流量特性预测方法，其特征在于，步骤如下：

S1：根据原始套筒阀设计文件，在三维建模软件中构建套筒阀三维结构模型；当套筒阀相对于套筒阀纵剖面几何对称时，所述的套筒阀三维结构模型为完整的套筒阀模型或相对于纵剖面的1/2套筒阀模型；当套筒阀相对于套筒阀纵剖面几何不对称时，所述的套筒阀三维结构模型为完整的套筒阀模型；套筒阀纵剖面是阀门进口面中心点和出口面中心点的连线与套筒轴线所在的平面；

S2：定义在阀芯运动轨迹上，阀芯完全遮挡节流窗口，使套筒阀完全关闭的位置为0位置；任意时刻，在阀芯运动轨迹上，阀芯相对于0位置的位移为阀芯行程L；定义在阀芯运动轨迹上，阀芯完全无法遮挡节流窗口，使套筒阀完全开启的位置为最大行程位置，对应的阀芯行程为阀芯额定行程L_s；定义阀芯行程L与阀芯额定行程L_s的比值为阀芯相对行程ι：

S3：在三维建模软件中，调整阀芯相对于套筒的位置，使i为大于5的正整数；

S4：在三维建模软件中创建一个实心几何体，作为基体，使基体包含当前构建的套筒阀三维结构模型占据的全部空间，并从基体中减出套筒阀内部流道模型；当套筒阀三维结构模型为完整的套筒阀模型时，套筒阀内部流道模型为套筒阀内壁面、流体入口面与流体出口面包围成的三维几何空间；当套筒阀三维结构模型为相对于纵剖面的1/2套筒阀模型时，套筒阀内部流道模型为套筒阀内壁面、流体入口面、流体出口面与套筒阀纵剖面包围成的三维几何空间；所述套筒阀内壁面为套筒阀内部与流体接触的面；所述流体入口面为套筒阀内部流体流动空间与上游管道中流体流动空间的分隔面；所述流体出口面为套筒阀内部流体流动空间与下游管道中流体流动空间的分隔面；

S5：将步骤S4中获得的内部流道模型导入网格划分软件中，并离散为内部流道网格模型；

S6：将步骤S5中获得的内部流道网格模型导入计算流体力学软件；

S7：在计算流体力学软件中，根据原始套筒阀设计文件，对流体入口面设置压力入口边界条件，压力值为设计文件中套筒阀的入口压力；对流体出口面设置压力出口边界条件，压力值为设计文件中套筒阀的出口压力；对套筒阀内壁面设置无滑移壁面边界条件；对套筒阀纵剖面设置对称边界条件；对内部流道网格模型占据的全部空间赋予流体属性，流体密度与流体粘性数值依据原始套筒阀设计文件；

S8：在计算流体力学软件中，选择湍流模型并设置模型对应参数后开始计算；

S9：计算收敛后，记录此时通过套筒阀的流体流量Q；

S10：在三维建模软件中，调整阀芯相对于套筒的位置，使ι依次等于i为大于5的正整数，并对每个ι值重复步骤S4至步骤S9，得到不同ι值对应的流体流量Q；

S11：设置节流窗口截面顶部长方形边长为TW，设置节流窗口截面底部长方形边长为BW；令节流窗口截面顶部长方形边长原始数值为TW₀，令节流窗口截面底部长方形边长原始数值为BW₀，定义节流窗口形状系数ε为：

其中，min(TW,BW)与max(TW,BW)均为比较函数，其输出值分别为TW与BW中的小者与大者；为符号函数；当即TW≥BW时，的输出值为1；当时，即TWBW时，的输出值为-1；

S12：在三维建模软件中令节流窗口截面顶部长方形边长TW数值为max(TW₀,BW₀)，分别建立节流窗口截面底部长方形边长BW数值为0，的套筒阀三维结构模型，n为大于3的正整数；针对建立的每个套筒阀三维结构模型，分别计算对应的节流窗口形状系数ε，并重复步骤S3至步骤S10；

S13：在三维建模软件中令节流窗口截面底部长方形边长BW为max(TW₀,BW₀)，分别建立节流窗口截面顶部长方形边长TW数值为0，的套筒阀三维结构模型，n为大于3的正整数；针对建立的每个套筒阀三维结构模型，分别计算对应的节流窗口形状系数ε，并重复步骤S3至步骤S10；

S14：定义节流窗口形状系数ε以及阀芯额定行程L_s时，通过套筒阀的流体流量为具有该形状系数ε的节流窗口的套筒阀的额定流量Q_s；定义通过套筒阀的流体流量与套筒阀的额定流量之比为套筒阀相对流量λ，如公式(3)所示：

S15：基于上述步骤S1～S13中记录的包含节流窗口形状系数ε，阀芯相对行程ι与套筒阀相对流量λ的数据，以节流窗口形状系数ε与阀芯相对行程ι为自变量，以套筒阀相对流量λ为因变量，进行非线性曲线拟合，得到最为匹配的拟合公式其中为套筒阀相对流量拟合值；

S16：对步骤S15得到的拟合公式进行修正，使其最大值不超过1，最小值不低于0，得到具有不同形状系数ε的节流窗口的套筒阀的流量特性拟合公式：

S17：根据所述的流量特性拟合公式，对任意节流窗口形状与阀芯相对行程下的套筒阀流量进行预测。