文章详情

蝶阀流场的数值模拟及分析

日期:2019-02-22 21:28
浏览次数:350
摘要:运用流体计算软件FLUENT,对大口径蝶阀不同开度情况下的流场形式进行了三维数值模拟分析。特别是根据分析结果对大口径蝶阀结构上进行了相应的改进。分析结果表明,改进后的蝶阀流阻系数明显降低,流通性能有所提高。对阀门的优化设计有积极的借鉴作用。
1 概述                                 

  蝶阀以其结构简单和适合用于大中口径管道的结构特点,得到了广泛的应用。伴随着近代工艺加工技术和材料工业的发展,蝶阀的应用已远远超出传统范围,在一些工业领域已经替代过去常用的闸阀、截止阀、旋塞阀和球阀。所以开发适用于高参数工况并能够长周期运行的蝶阀产品,已经成为阀门制造业和使用部门共同关注的问题。设计大口径蝶阀不仅需要解决使用材料的材质问题而且需要**了解阀门的水力特性,从而为阀门改进设计提供依据。

近年来。随着计算机技术的迅猛发展,发达国家已经在阀门的研究与开发中运用CFD软件FLU2ENT技术进行设计方案的改进。目前,我国对蝶阀的研究主要集中在产品的机械制造及结构形式等方面,从水力的角度对大口径蝶阀内部流场研究投入较少,使得蝶阀设计和使用处于半试验状态。为了更加**的分析大口径蝶阀的性能,运用数值模拟的方法分析其内部流场是十分必要的。本文运用CFD软件FLUENT技术,对某钢铁企业使用的DN1400大口径蝶阀在不同工况下的流场进行了数值模拟,以流体在蝶阀蝶板不同开度下的流动分析结果为依据,通过改变蝶板结构,实现阀门的改进设计,对大口径蝶阀的优化设计有一定的指导作用。

 2 流程分析
2.1 控制方程
设蝶阀内部流动介质为水,为简化计算,选择流动模型为单相流体的不可压缩三维粘性流动,采用不可压缩流动的雷诺方程组与k-ε紊流模型构成封闭的方程组来求解。
 1)连续性方程

  2.2 阀门流道模型及网格划分                                  
 以DN1400蝶阀为例,为保证流场的稳定性,取蝶阀及其前部管道L1=5D(D为管道直径)与其后部管道L2=20D一同作为计算域。网格划分采用了非结构混合网格技术,利用FLUNENT软件包中的前处理软件GAMBIT强大的网格划分功能,保证了网格的质量,网格总数超过了60万。采用自适应的网格技术对流场进行调整使其模拟出更加精细的流动(图1)。
2.3 计算方法

  采用不可压缩流动的雷诺时均方程组,紊流模型采用标准k-ε模型。所有方程中的对流项均用二阶迎风格式离散,离散方程的求解采用压力耦合方程组的半隐式方法(SIMPLE算法)。连续性方程和动量方程收敛残差标准均为10-3。规定进口边界条件为velocity-inlet,给定管道进口速度uin设为1.0m/s,出口边界条件定为自由流动。计算中忽略了重力对流场的影响。全流场计算了定常流动,得到了阀内流场的详细分布情况。
 3 计算结果分析
为了研究阀门的流场特性,按照阀门开度为100%、45%和10%的3种典型工况,模拟阀门全开、半开和微开3种典型状态。
 3.1 改进前蝶阀的流场分析

蝶阀全开时,流速分布较均匀,整个流态相当平稳,但由于蝶板上前后横向筋板的阻隔,造成水的流速增加,局部水力损失较大,造成一定的过阀损失。流速增加区域集中在前后横向筋板之间,对管壁形成一定的冲击。如果结合压力图分析,在横向筋板表面存在负压,局部的压力梯度较大,这样就造成了横向筋板处的受力情况较差。

蝶阀开度为45%时,由于蝶板的阻隔,流速分布呈明显不均匀性,在过流的上下区域,流速明显增加,并形成涡流。速度较大区域集中在蝶板附近的过流上下区域部分,形成对管壁的较大冲击。由于蝶阀背面存在局部低压区,从蝶阀上方越过的流体部分折向下流,从蝶阀下方流过的流体部分折向上流,在蝶板背面靠下部分形成旋涡。


PENTAIR阀门厂家|美国PENTAIR阀门|KEYSTONE蝶阀|CR开关|F79U|F89U气缸|基士敦办事处|F360蝶阀|基士敦蝶阀|AVID-EZ定位器|深圳市滨特尔实业有限公司-泵阀部

下一篇: 如何选用阀门
上一篇: 暂无

粤公网安备 44030702001080号