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摘要:以角式調節閥為研究對象,應用計算流體力學軟件 FLUENT 對其內部流場進行了三維數值模擬,得到了流量特性曲線及流道內的速度場、壓力場分布。通過不同流向和開度的對比分析,表明此類閥門在大開度時流閉型可顯著提高流量系數。

關鍵詞角式調節閥流向流量特性數值模擬

調節閥是工業自動化調節系統中的重要環節。隨著電子計算機的迅猛發展,計算流體力學(CFD)數值模擬的優越性越來越明顯,我們運用 CFD 通用軟件 FLUENT 對一種角式調節閥進行了三維數值模擬,通過一系列開度下的流量模擬得到了該閥的流量特性曲線,并直觀地顯示出不同流向狀態下閥門流道內部的速度壓力分布和漩渦分布情況,由此進一步分析流向對角式調節閥流量特性的影響。

1 角式調節閥的結構及網格劃分

圖 1 角式調節閥結構剖視圖(圖 1)
圖 1 角式調節閥結構剖視(1 閥桿;2 上閥蓋;3 閥芯;4 閥座;5 閥體)

某一型號角式調節閥的結構剖視如圖 1 所示。它由閥桿、上閥蓋、閥芯、閥座和閥體等零部件構成。閥體通道成直角,故稱為角式調節閥。它具有流通量大、自潔性好等優點,適合閥前后壓差不大的高粘流體并要求直角配管的場合。所采用的角式調節閥公稱通徑為 25mm,公稱壓力 1.6MPa,理想流量特性為直線特性,額定流量系數為 15m2,閥芯行程 16mm,可調比 R=50。

模型的網格結構剖視圖(圖 2)
圖 2 模型的網格結構剖視圖

liyong solidworks sanweishitijianmoruanjian,duitu 1 suoshidefaqiangliudaojianmo,bingyong fluent deqianchuliqi gambit ruanjianshengchengjisuanwangge(jiantu 2)。fatineiqiangdexingzhuangheliudongzhuangtaijiaofuza,caiyongfeijiegouhuawangge,you gambit zidaide tgrid chengxuhuafen,zhenggeliudaowanggeshuwei 113625 ge。

2 計算結果及分析

suoqiujiedejibenfangchengshisanweibukeya n-s fangcheng,tuanliumoxingcaiyongbiaozhun κ-ε moxing。lisanfangchengdeqiujiefangfacaiyongfeijiegouwanggeshangde simple suanfa,erjieyingfenggeshi。suduyalichangcaiyongyinshidequanchangdiedaijiefa。famenneideliuzhiweishui,bianjietiaojianguidingyalijinkouheyalichukou。

2.1 流量特性分析

閥門的流量特性通常以相對流量與相對開度的關系來表示,衡量閥門流通能力的指標是流量系數 Kv,流量系數計算的一般形式為

Kv 流量系數計算公式

其中 Kv 為流量系數,單位 m2;qv 為流量,單位 m3/h;ρ 為流體密度,單位 kg/m3;△P 為閥門的壓力損失,單位 Pa。

調節閥的流量特性曲線圖(圖 3)
圖 3 調節閥的流量特性曲線(◆ 理論流量特性,■ 模擬流流量特性)

tongguojisuankededaofamenlilunliuliangtexingquxian;yingyong fluent duibutongkaidudeliudaomoxingjinxingshuzhimoni,jikededaomoniliuliangtexingquxian。2 quxianrutu 3 suoshi。congtuzhongkeyikanchu,lilunquxianyumoniquxiandequshishijibenyizhide。youyulilunliuliangtexingquxianshilixiangzhuangtaixiadeqiwangtexing,ershijizhongdefamen,jubuzuliheliutaihuiyinfamenkaidudegaibianerfashengbianhua,qieyinqibianhuadeyinsufeichangfuza,hennanzhaochuquedingdeguilv,suoyitongguolilungongshijisuandechudelilunliuliangtexingquxianyushijidemoniquxianyouyidingdepiancha,danqushijibenyizhi,bingqiemoniliuliangtexingquxianyushiyanjieguogengjiatiejin。yinci fluent ruanjianshihefenxifamenneibuliuchang,keyonglaiduiliuchangjinxingjinyibufenxiyanjiu。

2.2 流場分析

壓力等值線圖(圖 4)
圖 4 壓力等值線(MPa)
速度等值線圖(圖 5)
圖 5 速度等值線(m/s)

gongchengzhong,jiaoshidiaojiefatongchangxuanzeliukaixing(jidijincechu)liuxiang。zaijinkouyaliwei 1.6mpa,chukouyaliwei 1.5mpa detiaojianxia,gaidiaojiefaquankaishiduichengmianshangdeyalidengzhixianhesududengzhixianrutu 4、tu 5 suoshi。congtuzhongkeyikanchu,jinkoudeyalihesududoubijiaojunyun;dangshuiliutongguofaxinyufazuozhijiandejieliuchushi,youyuliutongmianjituranjianxiao,yalijianxiao,suduzengda,bingqiekaojinchukouyicedejieliuchudesuduyaomingxiandayulingyice,jijianyazengsuxiaoguomingxian;shuiliutongguojieliuchuhouliuxiangchukou,yalihesuduyouquxiangjunyun。

2.3 流向分析

流開型開度 100% 速度矢量圖(圖 6)
圖 6 流開型開度 100% 速度矢量
流開型開度 30% 速度矢量圖(圖 7)
圖 7 流開型開度 30% 速度矢量
流閉型開度 100% 速度矢量圖(圖 8)
圖 8 流閉型開度 100% 速度矢量

famenkaidufenbiewei 100% he 30% shiliukaixingliuxiangdeduichengmiansudushiliangjiantu 6 hetu 7。congliangtuzhongkeyikanchu,zaifaqiangzhongbeiduichukoudeyice,douchanshenglemingxiandexuanhuo,zhehuichanshengjiaodadenengliangsunhao,zengdazulixishu。zheshuomingliukaixingyizaifaqiangneichanshengxuanwo,zaochengnengliangsunshi。yingyong fluent ruanjianduigaifamenquankailiudaomoxingjinxingleliubixingliuxiangdeshuzhimoni,dedaoduichengmianshangdesudushiliangrutu 8 suo。congtu 8 keyikanchu,faqiangneijihumeiyouxuanwo,shuomingliubixingliuxiangkedadabimianxuanwodechansheng,jianshaonenghao。

duibutongkaidudeliudaomoxingjinxingliubixingliuxiangdeshuzhimoni,dedaogekaiduxiadeliuliangxishujian《biao 1》。congbiaozhongkeyikanchu,xiangtongkaiduxia,liubixingbiliukaixingdeliuliangxishumingxiantigao,quankaikaidushi,liuliangxishutigaole 15.3%。zheshiyouyuliubixingfamenliudaoneimeiyouxuanwochansheng,jianshaolenengliangsunhao,tigaoleliuliangxishu。congbiaozhonghuankeyikanchu,suizhufamenkaidudejianxiao,liuliangxishutigaodebaifenbiyesuizhijianxiao,10% kaidushiliuliangxishuyibuzaitigao。zheshiyinwei,famendakaidushi,liukaixingliuxiangxuanwochuliutidesududa,zedongnengda,sunshidenengliangduo,erliubixingliuxiangjihumeiyouxuanhuochanshengdenengliangsunshi,suoyiliuliangxishutigaomingxian。suizhufamenkaidudezhujianjianxiao,liutisudujianxiao,liukaixingsunshidenengliangyesuizhijianxiao,yiner 2 zhongliuxiangdeliuliangxishuzhujianquyuxiangdeng。

《表 1》 2 種流向在不同開度下的流量系數
開度 / % 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
流開型 / m2 1.73 4.57 6.98 9.36 11.20 12.24 13.14 13.97 14.69 15.30
流閉型 / m2 1.73 4.68 7.56 10.08 12.24 13.50 15.05 15.84 16.81 17.64
提高百分比 / % 2.40 8.30 7.70 9.30 10.30 14.50 13.40 14.40 15.30

3 結論

(1)tongguoduifamenliuliangxishudelilunjisuanheshuzhimoni,zhengmingyongjisuanliutilixueruanjiansuodedaodemonijieguoyulilunjisuanjibenyizhi。zhejiangyouzhuyufamendeyouhuasheji,suoduanshejizhouqi,jieshengdaliangchengben。

(2)jiaoshidiaojiefatongchangxuanyongdeliukaixingliuxianghuizaifaqiangneichanshengxuanwo,zaochengnengliangsunhao。erliubixingliuxiangkebimianxuanwochansheng,jianshaonenghao。

(3)jiaoshidiaojiefaxuanzeliubixingkexiangduitigaoliuliangxishu,youqizaifamendakaidushi,liuliangxishutigaoxianzhu。gongchengshijizhong,ruofamenjingchangchuyujiaodakaidugongzuoshi,xuanzeliubixingdeanzhuangliuxiang,nenggenghaoditigaoliuliangxishu。


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