[發明專利]一種套筒閥流量特性預測方法

有效

• 申請號: 201910949982.1
• 申請日: 2019-10-08
• 公開（公告）號: CN110765559B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 錢錦遠;吳嘉懿;金志江
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/28;G06T17/20;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

1.一種套筒閥流量特性預測方法，其特征在于，步驟如下：

S1：根據原始套筒閥設計文件，在三維建模軟件中構建套筒閥三維結構模型；當套筒閥相對于套筒閥縱剖面幾何對稱時，所述的套筒閥三維結構模型為完整的套筒閥模型或相對于縱剖面的1/2套筒閥模型；當套筒閥相對于套筒閥縱剖面幾何不對稱時，所述的套筒閥三維結構模型為完整的套筒閥模型；套筒閥縱剖面是閥門進口面中心點和出口面中心點的連線與套筒軸線所在的平面；

S2：定義在閥芯運動軌跡上，閥芯完全遮擋節流窗口，使套筒閥完全關閉的位置為0位置；任意時刻，在閥芯運動軌跡上，閥芯相對于0位置的位移為閥芯行程L；定義在閥芯運動軌跡上，閥芯完全無法遮擋節流窗口，使套筒閥完全開啟的位置為最大行程位置，對應的閥芯行程為閥芯額定行程L_s；定義閥芯行程L與閥芯額定行程L_s的比值為閥芯相對行程ι：

S3：在三維建模軟件中，調整閥芯相對于套筒的位置，使i為大于5的正整數；

S4：在三維建模軟件中創建一個實心幾何體，作為基體，使基體包含當前構建的套筒閥三維結構模型占據的全部空間，并從基體中減出套筒閥內部流道模型；當套筒閥三維結構模型為完整的套筒閥模型時，套筒閥內部流道模型為套筒閥內壁面、流體入口面與流體出口面包圍成的三維幾何空間；當套筒閥三維結構模型為相對于縱剖面的1/2套筒閥模型時，套筒閥內部流道模型為套筒閥內壁面、流體入口面、流體出口面與套筒閥縱剖面包圍成的三維幾何空間；所述套筒閥內壁面為套筒閥內部與流體接觸的面；所述流體入口面為套筒閥內部流體流動空間與上游管道中流體流動空間的分隔面；所述流體出口面為套筒閥內部流體流動空間與下游管道中流體流動空間的分隔面；

S5：將步驟S4中獲得的內部流道模型導入網格劃分軟件中，并離散為內部流道網格模型；

S6：將步驟S5中獲得的內部流道網格模型導入計算流體力學軟件；

S7：在計算流體力學軟件中，根據原始套筒閥設計文件，對流體入口面設置壓力入口邊界條件，壓力值為設計文件中套筒閥的入口壓力；對流體出口面設置壓力出口邊界條件，壓力值為設計文件中套筒閥的出口壓力；對套筒閥內壁面設置無滑移壁面邊界條件；對套筒閥縱剖面設置對稱邊界條件；對內部流道網格模型占據的全部空間賦予流體屬性，流體密度與流體粘性數值依據原始套筒閥設計文件；

S8：在計算流體力學軟件中，選擇湍流模型并設置模型對應參數后開始計算；

S9：計算收斂后，記錄此時通過套筒閥的流體流量Q；

S10：在三維建模軟件中，調整閥芯相對于套筒的位置，使ι依次等于i為大于5的正整數，并對每個ι值重復步驟S4至步驟S9，得到不同ι值對應的流體流量Q；

S11：設置節流窗口截面頂部長方形邊長為TW，設置節流窗口截面底部長方形邊長為BW；令節流窗口截面頂部長方形邊長原始數值為TW₀，令節流窗口截面底部長方形邊長原始數值為BW₀，定義節流窗口形狀系數ε為：

其中，min(TW,BW)與max(TW,BW)均為比較函數，其輸出值分別為TW與BW中的小者與大者；為符號函數；當即TW≥BW時，的輸出值為1；當時，即TWBW時，的輸出值為-1；

S12：在三維建模軟件中令節流窗口截面頂部長方形邊長TW數值為max(TW₀,BW₀)，分別建立節流窗口截面底部長方形邊長BW數值為0，的套筒閥三維結構模型，n為大于3的正整數；針對建立的每個套筒閥三維結構模型，分別計算對應的節流窗口形狀系數ε，并重復步驟S3至步驟S10；

S13：在三維建模軟件中令節流窗口截面底部長方形邊長BW為max(TW₀,BW₀)，分別建立節流窗口截面頂部長方形邊長TW數值為0，的套筒閥三維結構模型，n為大于3的正整數；針對建立的每個套筒閥三維結構模型，分別計算對應的節流窗口形狀系數ε，并重復步驟S3至步驟S10；

S14：定義節流窗口形狀系數ε以及閥芯額定行程L_s時，通過套筒閥的流體流量為具有該形狀系數ε的節流窗口的套筒閥的額定流量Q_s；定義通過套筒閥的流體流量與套筒閥的額定流量之比為套筒閥相對流量λ，如公式(3)所示：

S15：基于上述步驟S1～S13中記錄的包含節流窗口形狀系數ε，閥芯相對行程ι與套筒閥相對流量λ的數據，以節流窗口形狀系數ε與閥芯相對行程ι為自變量，以套筒閥相對流量λ為因變量，進行非線性曲線擬合，得到最為匹配的擬合公式其中為套筒閥相對流量擬合值；

S16：對步驟S15得到的擬合公式進行修正，使其最大值不超過1，最小值不低于0，得到具有不同形狀系數ε的節流窗口的套筒閥的流量特性擬合公式：

S17：根據所述的流量特性擬合公式，對任意節流窗口形狀與閥芯相對行程下的套筒閥流量進行預測。