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角式調(diào)節(jié)閥的結構及網(wǎng)格劃分

發(fā)布于:2019/10/23 8:49:52 點擊量:160

     調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自動化調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。隨著電子計算機的迅猛發(fā)展,計算流體力學(CFD)數(shù)值模擬的優(yōu)越性越來越明顯,我們運用 CFD 通用軟件 FLUENT 對一種角式調(diào)節(jié)閥進行了三維數(shù)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(tài)下閥門流道內(nèi)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(diào)節(jié)閥流量特性的影響。
     1 角式調(diào)節(jié)閥的結構及網(wǎng)格劃分
     某一型號角式調(diào)節(jié)閥的結構剖視。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(diào)節(jié)閥。它具有流通量大、自潔性好等優(yōu)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(diào)節(jié)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(shù)為 15m2,閥芯行程 16mm,可調(diào)比 R=50。
     工程中,角式調(diào)節(jié)閥通常選擇流開型(即底進側出)流向。在進口壓力為 1.6MPa,出口壓力為 1.5MPa 的條件下,該調(diào)節(jié)閥全開時對稱面上的壓力等值線和速度等值線如圖 4、圖 5 所示。從圖中可以看出,進口的壓力和速度都比較均勻;當水流通過閥芯與閥座之間的節(jié)流處時,由于流通面積突然減小,壓力減小,速度增大,并且靠近出口一側的節(jié)流處的速度要明顯大于另一側,即減壓增速效果明顯;水流通過節(jié)流處后流向出口,壓力和速度又趨向均勻。
     閥門開度分別為 100% 和 30% 時流開型流向的對稱面速度矢量見圖 6 和圖 7。從兩圖中可以看出,在閥腔中背對出口的一側,都產(chǎn)生了明顯的漩禍,這會產(chǎn)生較大的能量損耗,增大阻力系數(shù)。這說明流開型易在閥腔內(nèi)產(chǎn)生漩渦,造成能量損失。應用 FLUENT 軟件對該閥門全開流道模型進行了流閉型流向的數(shù)值模擬,得到對稱面上的速度矢量如圖 8 所。從圖 8 可以看出,閥腔內(nèi)幾乎沒有漩渦,說明流閉型流向可大大避免漩渦的產(chǎn)生,減少能耗。
     對不同開度的流道模型進行流閉型流向的數(shù)值模擬,得到各開度下的流量系數(shù)見《表 1》。從表中可以看出,相同開度下,流閉型比流開型的流量系數(shù)明顯提高,全開開度時,流量系數(shù)提高了 15.3%。這是由于流閉型閥門流道內(nèi)沒有漩渦產(chǎn)生,減少了能量損耗,提高了流量系數(shù)。從表中還可以看出,隨著閥門開度的減小,流量系數(shù)提高的百分比也隨之減小,10% 開度時流量系數(shù)已不再提高。這是因為,閥門大開度時,流開型流向漩渦處流體的速度大,則動能大,損失的能量多,而流閉型流向幾乎沒有漩禍產(chǎn)生的能量損失,所以流量系數(shù)提高明顯。隨著閥門開度的逐漸減小,流體速度減小,流開型損失的能量也隨之減小,因而 2 種流向的流量系數(shù)逐漸趨于相等。
     2 種流向在不同開度下的流量系數(shù)
     開度 / %102030405060708090100
     流開型 / m21.734.576.989.3611.2012.2413.1413.9714.6915.30
     流閉型 / m21.734.687.5610.0812.2413.5015.0515.8416.8117.64
     提高百分比 / %—2.408.307.709.3010.3014.5013.4014.4015.30
     3 結論
     (1)通過對閥門流量系數(shù)的理論計算和數(shù)值模擬,證明用計算流體力學軟件所得到的模擬結果與理論計算基本一致。這將有助于閥門的優(yōu)化設計,縮短設計周期,節(jié)省大量成本。
     (2)角式調(diào)節(jié)閥通常選用的流開型流向會在閥腔內(nèi)產(chǎn)生漩渦,造成能量損耗。而流閉型流向可避免漩渦產(chǎn)生,減少能耗。
     (3)角式調(diào)節(jié)閥選擇流閉型可相對提高流量系數(shù),尤其在閥門大開度時,流量系數(shù)提高顯著。工程實際中,若閥門經(jīng)常處于較大開度工作時,選擇流閉型的安裝流向,能更好地提高流量系數(shù)。
    

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