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V型球阀是一种良好的调节型球阀,被广泛地应用在能源运输、化工、制药行业。阀芯作为V型球阀的重要部件,影响其调节性能和内部流动特性,从而影响V型球阀的工作可靠性。因此,本文对不同截流形状的V型球阀调节性能和内部流动特性进行数值模拟和实验研究。分析了截流形状变化规律对V型球阀的调节性能和内部流动的影响,为V型球阀的设计和使用提供技术支持。主要内容如下:(1)确立模型和实验系统搭建:应用三维软件Solidworks对不同锥角形状的V型球阀进行三维建模,其中阀芯锥角包括30°、45°、60°、75°和90°,并利用ICEM软件进行网格划分。设计和搭建阀门实验系统,通过实验获得截流形状变化规律下V型球阀在瞬态和稳态工况调节性能参数。选择realizable k-ε湍流模型,利用FLUENT软件对不同截流形状的V型球阀内部流动进行模拟,基于实验数据拟合阀门进出口压力随时间的变化曲线,作为瞬态数值模拟的进出口边界条件。(2)稳态工况下不同锥角形状的V型球阀调节性能和内部流动:通过实验研究和数值模拟分析了不同截流形状对V型球阀调节性能和内部流动影响。分析了稳态工况下相对开度、锥角形状的V型球阀阻力系数和流量系数的变化规律,从能量损失分布云图、速度分布云图和速度流线图分析了不同截流形状V型球阀的内部流动特性。(3)瞬态工况下不同锥角形状的V型球阀调节性能和内部流动:对V型球阀瞬态调节过程中的参数变化进行了研究分析,分析了V型球阀在瞬态调节过程中流阻特性变化、阀后压力波动变化、内部流动特性,得到了瞬态调节过程中截流形状对V型球阀的影响规律。同时,把瞬态调节过程和稳态工况下不同截流形状对V型球阀调节性能和内部流动特性的影响进行了对比分析,结果表明,瞬态工况下的能量损失比稳态工况大,而最大速度值偏小。(4)弧度截流形状对V型球阀的调节性能的影响:提出了截流形状以弧度变化的V型球阀,并结合实验数据分析了其稳态调节特性,结果表明,在稳态工况下,弧度截流形状的V型球阀流阻系数变化更加平稳。