本文在二维平面篦齿试验台的基础上,利用试验研究与数值计算相结合,对台阶篦齿进行了几何参数和气动参数影响下的篦齿流动特性研究。结果表明,流量系数随压比的增大而增大;在低雷诺数范围,流量系数随雷诺数的增大而增大,在高雷诺数范围,流量系数随雷诺数增大基本不变。齿数研究中,随着齿数增多,流量系数减小。齿顶间隙研究中,随着齿顶间隙的增大,流量系数减小。

针对较大口径均速管流量计的流量系数获取、校验十分困难的问题,采用仿真和实验结合的方式对有效长度为300mm的均速管流量计的测量特性进行对比研究。利用标准k-ε双方程湍流模型,在直管段充分发展流下,计算该流量计端面是否粗糙处理情况下的输出差压及流量系数等测量特性,结果显示端面粗糙处理对流量计测量特性影响很小。采用数值仿真的方法对均速管流量计的流量系数进行了计算,并在实验室标准装置中对其特性进行实验验证。仿真和实验测得的流量计输出特性相似性较好,相对偏差可在±0.3%以内。该结果显示,对流量系数的数值仿真可为较大口径均速管流量计的校验提供新的思路和途径。

根据使用要求和低温阀的相关设计标准,研制了一台"DN15-CV5"型液氦温区低温气动调节阀,并开展了系统的实验研究,得到了一系列与不同阀门开度及压差条件对应的Cv值和漏热量,基于拉依达准则(3σ准则)等方法对实验结果进行了不确定度分析。结果表明,研制的低温气动调节阀具有精准的流量调节特性和良好的绝热性能,能够满足液氦温区低温工程的使用要求。

通过稳态与瞬态流场仿真,得到了阀芯气动力、流量系数与进/出气口压力比、阀口覆盖度之间的关系;再将得到的阀芯气动力、流量系数等数据加载到AMESim仿真模型中,并基于AMESim进行了优化设计,优化后的双比例中继阀性能优于优化前。

为了削弱级间泄漏流对压气机性能的不利影响,提出了一种基于Coanda型几何进出口的级间结构,并以一个亚声速单级轴流压气机为研究对象,数值模拟了5°,10°,20°三种不同级间进出口几何角度对压气机性能的影响。结果表明:改进后的级间进出口几何结构使得压气机流量和效率均略有提升。分析原因是级间出口泄漏流以较小角度与主流汇合,增大了静叶进口气流的轴向速度、径向速度,使得静子通道流动堵塞程度减轻,总压损失减小,扩压能力增强。同时,新结构还减小了级间泄漏流的流量系数,改善了级间封严效果。5°,10°,20°角度下的压气机效率最大分别提升了0.68%,0.63%,0.62%。

采用Fluent软件对金属硬密封球阀内部三维流场进行数值模拟,研究球阀从全开到全关过程的流量特性。分析7个转动角度下阀门内部流场的变化,得到阀门前后压差,根据相关公式求出球阀的流量系数理论值和模拟值,绘制出球阀不同角度下的流量系数曲线。结果表明随着阀门转动角度的增大,阀门前后压差增大,流经阀门的介质最大流速和能量损失逐渐增大,对球阀的冲蚀作用逐渐增大,流量系数随阀门转动角度增大而减小,理论值和模拟值曲线较为吻合。

通过实验测试结合理论计算的方法,详细研究了射流管式电液伺服阀不同喷嘴直径下的流量系数。结果表明:不同喷嘴直径下喷嘴流量系数有一定差异,且呈现出直径越大、喷嘴流量系数越大的趋势,为喷嘴特性的进一步研究提供了参考。

针对输送高粘度介质往复式注聚泵,应用CFD方法对液力端锥阀内部流场进行了可视化计算和分析研究。按照实际锥阀的结构,建立了简化后的二维轴对称流场几何模型。根据泵速、柱塞行程和柱塞直径等工作参数,给定进口阀的边界条件,利用Fluent软件对不同高粘度介质的锥阀内部流场进行了数值模拟,获得了介质粘度与锥阀进出口边压差、流量系数、稳态液动力之间的定量关系,可为往复式注聚泵锥阀的设计计算提供参考。

控制阀的能力以前用流通能力C表示后来称流量系数。由于计算公式中运用不同单位出现国际单位制流量系数Kv和英制流量系数Cv故探讨三者的定义、单位及换算。

对半圆形、单三角形、三角半圆形和双半圆形节流槽阀口的流量系数进行了研究。基于阀口的流量压差特性试验在已实现程序化计算阀口通流面积的基础上获得了上述4种节流槽阀口的流量系数及其变化规律对节流槽滑阀的设计及其流量精确预测具有重要实用价值。