[发明专利]一种基于流量特性曲面的套筒阀数字化设计方法

权利要求书

1.一种基于流量特性曲面的套筒阀数字化设计方法，其特征在于，步骤如下：

S1：根据原始套筒阀设计文件，通过三维建模软件，构建阀门实体模型；

S2：根据所述阀门实体模型，抽取出阀门内部流道模型；随后通过网格划分软件，将所述阀门内部流道模型离散为内部流道网格模型；

S3：利用计算流体力学软件，根据原始套筒阀设计文件，在所述内部流道网格模型中，对流体入口面设置压力入口边界条件、对流体出口面设置压力出口边界条件、对阀门内壁面设置无滑移壁面边界条件，并对所述内部流道网格模型占据的全部空间赋予流体属性，得到内部流体网格模型；

S4：利用所述内部流体网格模型，通过计算流体力学软件，得到不同节流窗口下的阀内流动情况，以流量作为依据，得到阀内流量数值，从而计算出对应的流量系数；

S5：根据步骤S4计算得到的不同节流窗口下对应的流量系数，通过数值模拟得到不同节流窗口面积与长宽比下的流量特性曲线，再将所有所述流量特性曲线拟合成套筒阀的流量特性曲面；所述流量特性曲面的x轴为阀芯开度，y轴为外层套筒旋转的角度，z轴为流量系数的大小；

S6：根据目标流量特性曲线，在所述流量特性曲面上选取一条拟合流量特性曲线，提取该拟合流量特性曲线上若干点对应的流量系数、阀芯开度和外层套筒旋转角度，根据等面积原则，计算目标套筒节流窗口的形状和面积；

S7：根据所述目标套筒节流窗口的形状、面积和原始套筒阀设计文件，设计得到满足所述目标流量特性曲线的套筒阀。

2.根据权利要求1所述的套筒阀数字化设计方法，其特征在于，所述步骤S1中，原始套筒阀设计文件包括套筒阀的组成信息和使用工况信息，组成信息包括套筒阀的结构、尺寸和材料属性，使用工况信息包括通入流体的物理性质、阀门出入口和入口处的边界条件。

3.根据权利要求1所述的套筒阀数字化设计方法，其特征在于，所述步骤S1中，构建阀门实体模型过程中的坐标系建立方法如下：

建立全局直角坐标系的原点位于套筒底面中心，XOZ面与阀门纵剖面重合；Z轴与套筒轴线重合，且其正方向指向套筒顶部；Y轴指向阀门出口；所述阀门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确定的平面。

4.根据权利要求1所述的套筒阀数字化设计方法，其特征在于，所述三维建模软件为Solidworks、Creo、Inventor、UG/NX、CATIA、ANSYS Workbench DesignModeler和ANSYSWorkbench SpaceClaim中的一种。

5.根据权利要求1所述的套筒阀数字化设计方法，其特征在于，所述网格划分软件为ICEM CFD、HyperMesh、TGrid、PointWise、ANSA、GridPro、ANSYS Workbench Mesh、FluentMeshing中的一种。

6.根据权利要求1所述的套筒阀数字化设计方法，其特征在于，所述计算流体力学软件为ANSYS Fluent、ANSYS CFX、STAR-CD、STAR-CCM、NUMECA、OpenFOAM中的一种。

7.根据权利要求1所述的套筒阀数字化设计方法，其特征在于，所述套筒阀的节流窗口形状为矩形，宽度为b，高度为h，外层套筒上共有4个节流窗口，节流窗口的最大面积为4bh；内层套筒上的节流窗口数量和形状与外层套筒的节流窗口完全一致；所有节流窗口关于阀门纵剖面对称布设；套筒阀的内层套筒固定，外层套筒能绕着套筒轴自由旋转，通过旋转角度可以控制矩形节流窗口的长度，从而改变节流窗口的面积，进而改变阀门的流量特性。