紫菜蓬松是坛紫菜产品一次加工中必不可少的环节,经过蓬松后的坛紫菜,色泽好、卖相佳。现代坛紫菜蓬松环节采用高流速气体冲击紫菜实现,由紫菜加工设备上的紫菜蓬松控制阀启闭产生。紫菜蓬松时,由于阀腔的结构特点,阀内气体的速度、压力、方向急剧变化,增大了气体间的摩擦、碰撞以及形成旋涡,从而产生局部损失,导致出口流量降低,蓬松效果减弱。因此,本文采用有限元软件,探究当前蓬松控制阀流体域的流量特性和流场特性,分析阀腔结构对出口流量以及流场的影响,为减少流阻、增大出口流量、改善蓬松效果,提出了一种改进流体域模型,并建立改进阀体模型,对其进行强度分析。首先,建立当前紫菜蓬松控制阀流体域模型,研究其流量特性和流场特性。根据紫菜蓬松控制阀的内腔结构,建立其流体域模型,推导阀门启闭过程中通流面积的变化公式,并以某一旋转角下通流面积与最大通流面积的比值定义为开度,简化阀内节流口模型,采用Fluent软件对内部流场展开数值模拟,分析流体冲击阀内元件的压力分布情况以及流场的流量特性和流动特性。研究表明:随着开度的增大,节流口处通流面积对控制阀的出口流量的影响减弱;阀门开启时,上腔与下腔出现旋涡,中间流道节流口处出现射流现象;随着开度的增大,上腔压力减小,下腔压力增大,流场内旋涡逐渐加剧,节流口处射流现象逐渐消失,下腔主流束由环形绕流逐渐变为直接向出口流动;阀腔内,流体的冲击、碰撞以及旋涡,造成能量的损耗,降低了出口流量。其次,改变阀内各部分结构,重构流体域,基于各结构对流场的影响,提出一种流体阻力小、出口流量大的改进流体域模型。上腔入口采用锥管或钟形管道,上腔高度以一倍进口管径为最大值、以5mm为最小值并间隔取值,下腔采用隔断环形流道或使用弯管将流体直接引至出口,用于探究阀门入口形状、上腔高度以及下腔结构对阀门流量以及流场的影响,从而提出一种改进流体域模型。研究表明:上腔入口流束逐渐扩大,以及下腔采用弯管过渡,可有效减少流体在上腔室中的能量损耗,增大出口流量;随着上腔高度的增大,上腔旋涡逐渐增强,且上腔顶面与底面间节流口逐渐消失,有利于增大出口流量;同时改变上腔入口与高度,有利于在减少上腔高度的同时,增大出口流量;当开度为100%时,相比于原流体域,弯管过渡的出口流量增加15.35%,改进流体域出口流量增加32.70%,若转速不变,阀门开关一次,改进流体域的气体释放量增加22.11%。最后,基于改进流体域模型,建立改进阀体模型,并对其进行强度分析。采用ANSYS Workbench软件,分析在不同受力下,未加压状态、待工作状态以及工作状态下阀门元件受力变形结果。研究表明,未加压状态下,改进阀体、T形阀杆的最大等效应力分别出现在上腔侧壁和通孔处,受改进阀体中心圆柱安装孔的影响,最大变形分别出现在圆柱孔壁一侧和T形阀杆中心处;当控制阀通入高压气体后,T形阀杆的应力、应变分布基本相似,但整体数值增大,改进阀体的最大应力、最大变形移动至弯管交汇处;待工作状态下,当上腔压力为1MPa,且下腔压力大于0.6MPa时,改进阀体、T形阀杆的等效应力、总变形随着下腔压力的增大,呈增大趋势;三种工作状态下,当预紧压力大于1.5MPa时,随着预紧压力的增大,改进阀体、T形阀杆的等效应力、总变形呈增大趋势,但均在其安全使用要求范围内。