在太阳能热发电的吸热、传热和储热工艺段中,高温熔盐调节阀是核心设备之一,其主要作用是对高温状态下的熔融盐进行压力和流量的精确调节,由于高温熔盐具有强烈的化学腐蚀特性和物理侵蚀特性,熔盐对调节阀的核心部件阀芯产生严重的冲蚀,从而导致调节阀的调节性能下降、阀座密封性能失效、使用寿命减少等问题。因此对高温熔盐调节阀的阀芯耐冲刷能力进行研究和改进、延长该阀门的使用寿命对提高太阳能热发电厂的技术可靠性和运营经济性具有重要的价值和意义。为了解决太阳能热发电厂中的高温熔盐调节阀的阀芯冲刷腐蚀问题,国内外的阀门厂家进行了一系列的研究。研究和解决该问题的主要方向,一种是采用各种金属表面硬度技术,例如喷涂或堆焊硬质合金来提高阀芯表面的材质硬度,另一种是通过降低工艺参数来减少流体对阀芯密封面的冲刷和侵蚀效应。前一种方案应用的厂家较多,这种方案的优点是不需要改变阀门和阀芯的基本设计架构,缺点是阀芯制造工艺复杂,涉及焊接和热处理等工艺,材料成本和工艺成本非常高,而且过高的硬度对精密加工造成很大困难,并且因为热处理技术的不过关导致表面硬度不均匀,反而导致应力腐蚀的产生。后一种方案应用的厂家相对较少,因为这牵涉到太阳能热发电厂的设计改变和运营效率降低,虽然提高了阀门的使用效果和寿命,但是最终没有提高电厂的整体综合运营效果。本文认为导致阀芯出现“冲蚀”现象的主要原因是阀芯与阀座节流处快速流动的高温熔盐介质对阀芯表面的冲刷导致,因此本文通过对常规的柱塞式阀芯进行优化,设计了一种两级减压的阀芯结构,从而通过降低通过每一级阀芯的介质流速来降低每一级阀芯承受的冲刷作用,使阀门的密封性能和调节性能更好,使用寿命更长。本文以某太阳能发电企业的试验电厂中的高温工况(565℃熔盐)和工作压力为1.58Mpa至5.78Mpa的口径DN80和公称压力PN100的调节阀为对象,利用CFD软件对常规柱塞式结构阀芯和新型二级减压阀芯的调节阀进行建模,然后进行数值模拟阀芯在不同开度下的流体在阀芯附近的流速和压力,最后通过实际流量测试试验来验证数值模拟结果的准确性。本文的主要内容包括:介绍了高温熔盐调节阀的使用工况、存在的问题以及该产品的研究应用现状。论述了数值模拟的基本理论和公式,介绍了常用的流体分析软件,以及前处理和后处理的相关流程。对用于模拟的两种阀芯设计结构(常规柱塞式阀芯和两级减压阀芯)的结构特点和阀门结构特征等进行了详细论述。对这两种阀芯模型,分别在小开度、中开度和大开度等三种工作情况进行不同细分开度下的流场模拟,并提取相应的流速和压力数据,以及流体的流速曲线图,并计算阀门流通能力Cv值。将这两种阀芯模型的阀门安装在流量测试系统上,进行实际的流通性能测试,获取实际压力和流量数据,并将测试结果与模拟结果进行对比和分析,验证了软件数值模拟的结果是准确和可靠的。通过模拟和试验对比结果表明:与常规柱塞式阀芯设计相比,新型二级减压阀芯设计能够有效地降低阀芯密封面附近流体的流速,在小开度(5%到30%)范围,流速下降33%至45%,在中开度(40%到70%)范围,流速下降27%到36%,在大开度(80%到100%)范围,流速下降12%左右。流速降低从而使得阀芯的耐冲刷性能大大提高,延长了阀门的使用寿命,提高了阀门的密封可靠性。与传统的高温熔盐调节阀相比,新型阀芯结构设计能够有效提高阀芯的抗冲刷性能,并且不会对产品成本造成太多上升,也不会降低太阳能热发电厂的工艺参数,而且从整体上提高了运营效能。