[发明专利]结合CFD仿真计算的汽轮机高调阀阀碟防卡涩优化设计方法

权利要求书

1.一种结合CFD仿真计算的汽轮机高调阀阀碟防卡涩优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立包括阀腔、阀碟、阀碟套、预启阀以及定位条的汽轮机高调阀的三维几何模型，对所述三维几何模型的流场区域及结构体区域进行网格离散；

2)以阀门的实际工作参数为边界条件，进行热流固耦合CFD仿真分析；

3)通过CFD模拟计算，确定提升力大小、阀碟振动、定位条位置、间隙大小及预启阀喉部直径的关系；

4)通过CFD气固两相流动仿真分析，确定氧化皮卡涩的几率和关键间隙及定位条的具体结构关系，判断当前定位条是否合理，当当前定位条不合理时，则转至步骤2)，当当前定位条合理时，则完成结合CFD仿真计算的汽轮机高调阀阀碟防卡涩优化设计。

2.根据权利要求1所述的结合CFD仿真计算的汽轮机高调阀阀碟防卡涩优化设计方法，其特征在于，步骤1)的具体操作为：

11)根据阀门模型的结构形式，构建包括阀腔、阀碟、阀碟套、预启阀以及定位条的汽轮机高调阀的三维几何模型，所述三维几何模型包括流场区域及结构区域；

12)将所述流场区域在ICEM中进行网格离散，将阀内网格划分为阀腔、阀座、环缝及卸载室，其中，对阀腔、阀座及环缝采用结构化网格，对卸载室采取非结构化网格，对流场区域的边界层网格进行加密处理；

13)在流体区域中加入定位条，对定位条的边界层网格进行加密处理；

14)将结构区域在ICEM中进行网格离散，将结构区域划分为预启部分及阀套部分。

3.根据权利要求2所述的结合CFD仿真计算的汽轮机高调阀阀碟防卡涩优化设计方法，其特征在于，步骤14)中预启部分及阀套部分均采用结构化网格。

4.根据权利要求1所述的结合CFD仿真计算的汽轮机高调阀阀碟防卡涩优化设计方法，其特征在于，步骤2)的具体操作为：

21)流体区域进口边界及出口边界分别设置在阀门进口和阀门出口处的5倍管径处，进口处设置进口总压条件，在出口处将出口静压设置为出口边界条件，壁面采用绝热无滑移边界条件；

22)设定流体域的计算初场，计算阀门前后压比，当阀门前后压比大于壅塞压比，则选择进口速度作为初始速度场，当阀门前后压比小于壅塞压比时，则选择大压比工况作为初始速度场；

23)确定流体域计算的湍流模型；

24)在结构侧，根据预启部分及阀碟部分温度分布，分别给定不同的热边界条件。

5.根据权利要求4所述的结合CFD仿真计算的汽轮机高调阀阀碟防卡涩优化设计方法，其特征在于，步骤23)中选择Realizable k-ε模型作为流体域计算的湍流模型。

6.根据权利要求1所述的结合CFD仿真计算的汽轮机高调阀阀碟防卡涩优化设计方法，其特征在于，步骤3)的具体操作为：

31)通过提取卸载室、阀碟及阀杆表面的垂直向下的作用力，计算阀门向下的加载力；

32)通过导出阀碟处的位移，得到阀碟振动的最大振幅，导出热态情况下关键间隙处的尺寸；

33)导出不同结构下的提升力大小、阀碟振动、定位条位置、间隙大小及预启阀喉部直径，建立提升力大小、阀碟振动、定位条位置、间隙大小及预启阀喉部直径之间的关系。

7.根据权利要求1所述的结合CFD仿真计算的汽轮机高调阀阀碟防卡涩优化设计方法，其特征在于，步骤4)的具体操作为：

41)在阀门进口处添加氧化皮颗粒，进行CFD气固两相流动的仿真分析，计算不同关键间隙和定位条布置方式下卡涩在关键间隙处氧化皮几率；

42)当步骤41)计算得到的几率小于等于预设值，则说明当前定位条设置合理，否则，则转至步骤2)。

8.根据权利要求1所述的结合CFD仿真计算的汽轮机高调阀阀碟防卡涩优化设计方法，其特征在于，定位条的截面形状采用矩形、半圆弧形、倒圆角梯形、矩形及半圆弧形中的几种拼接而成。