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发布者:admin 工夫:2016-12-28 15:20:10
0 概述
 
  跟着产业的生长和科技的前进,种种输气和输液管道体系被普遍运用。阀门正在这些管道体系中施展偏重要的感化,用来掌握流体的活动偏向、流量巨细和压差巨细。调治阀是自动化手艺中最常见的实行元件之一,普遍应用于石油、天然气、化工、电力、冶金等工业部门。调治阀又称掌握阀,它是历程控制系统顶用动力操纵去改动流体流量的装配。调治阀由执行机构和阀门部件两局部构成,执行机构起鞭策感化,而阀起调治流量的感化。本文经由过程ANSYSWorkbench软件(Fluent剖析模块)数值模仿某一种型号调治阀内的流体的流量、压力等物理量转变状况,剖析调治阀的流量特性,并将现实流量特性取等百分比流量特性停止对照。
 
   常用的调治阀构造如图1所示。调治阀种类繁多,构造多种多样,内部结构庞大,并且调治阀的范例和构造借正在络续天转变和更新。因而以往的实验效果归纳总结出来的公式、系数只能合适几种常见范例,用来预算阀门内部的的活动特性偏差较大。跟着计算机技术和数值盘算的生长,应用盘算流体动力学(CFD)对流体活动停止模仿仿真剖析,曾经成为一种广泛运用的工程剖析手艺。盘算流体动力学的生长为人们很好天相识阀门内部流体的活动状况供应了很好的路子。太阳集团22138.com/

1 数学模型的竖立
 
正在流体活动中遵照三个最根基的守恒方程,即质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。经由过程网格分别便能够把流体模子划分红多个掌握体,关于每个掌握体应用流体活动的三个根基方程停止模仿盘算和剖析。
 
连续性方程的微分情势为:
 

 
连续性方程又称质量守恒方程,该方程可用于可压活动和弗成压活动。
 
动量守恒方程为:

式中  p——静压;
τij——应力张量,其表达式为

gi——i方向上的重力体积力;
 
Fi——i方向上的内部体积力。
 
能量守恒方程为:

式中  keff——有用热导系数;
 
Jj′——组分j′的散布通量;
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Sh——化学反应热和其他体积热源。
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个中,keff=kt+k。方程右侧前三项为导热项、组分散布项和黏性耗散项。

 
关于理想气体,关于弗成紧缩气体,
2 调治阀流道构造建模取网格分别
 
2.1 调治阀流道的构造建模
 
本文接纳某型号调治阀,应用三维建模软件竖立调治阀的实体模子,经由过程布尔运算抽取调治阀及加长管道局部。为了更好更正确天模仿阀体内部活动状况,对阀出口管段停止加长,加长管道的长度约莫为250mm(约为管道直径的5倍)。图2所示为调治阀开度为10%时流道的剖面实体模子。

 
2.2 盘算网格的分别
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将调治阀流道的三维实体模子导入ANSYSWorkbench(网格分别)软件中停止数值模仿盘算的前处置惩罚。为了节约盘算工夫,竖立流讲模子的一半作为盘算模子。为了进步盘算精度和思索数值盘算对计算机的要求,正在分别网格时接纳非构造化的四面体网格。分别后的网格数约莫为5万阁下。设置边界条件为压力入口和压力出口,流讲模子剖面设置为对称里界限。调治阀开度为10%的流讲网格分别如图3所示。

3 数值盘算取效果剖析
 
3.1 边界条件设置
 
将处置惩罚后的网格文件导入Fluent剖析模块,并停止边界条件和流体属性设置,挑选适宜的求解方程及模子。设置流体属性为ideal-gas,流体属性参数连结默认值。设置入口和出口压力,使得压差离别为0.4MPa、0.55MPa、0.66MPa、0.7MPa,并离别停止数值模仿盘算。湍流模子选用Spalart-Allmaras湍流模子(S-A方程湍流模子)。S-A方程湍流模子常用于大梯度和远壁气体活动的数值模仿。差别开度和差别压差下的数值模仿盘算效果如表1所示。
 
表1 差别开度和差别压差下数值模仿的流量系数值

 
3.2 流量系数的效果剖析
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从表1能够看出,正在统一压差条件下,调治阀的流量系数随开度的增添而增大,开度越大调治阀流量系数也越大,当调治阀为全开状况时流量系数最大。正在统一开度条件下,调治阀的流量系数跟着压差的增大而增大,进出口压差越大调治阀的流量系数也越大。从图4能够看出,差别压差下调治阀流量特性曲线符合较好,流量特性根基同等。正在开度较小时,因为调治阀前后的压差感化,调治阀的流量会显现快速增长的趋向,从而使得流量系数正在小开度时增进较快。正在开度较大时,调治阀流量根基趋于稳固,流量系数的增进较慢缓。正在开度小于60%时,调治阀的流量特性取等百分比流量特性趋向根基同等;正在开度较大时,取等百分比流量特性比拟,调治阀流量特性有下落趋向。

4 数值模仿效果剖析
 
对开度为50%时调节阀正在差别压差下的流场停止剖析。拔取差别压差下的压力云图和压差为0.4MPa、0.6MPa的速度等值线图停止剖析。从图5~图7能够看出,压力和速度转变最大的中央泛起正在阀芯启闭的部位。正在阀门出口的拐角处也泛起了显着的压力和速度值的转变,该处压力和速度值的转变是因为发生涡漩形成的。正在阀门的进出口位置和阀腔内流体活动对照匀称,压力和速度值连结恒定。流体的最大流速借取阀的前后压差成反比干系,随调治阀前后压差的增大而增大,而且调治阀的最大速度泛起正在阀芯启闭部位。由能量守恒可知,正在阀门压力大的中央流体的流速相对较小,流体流速最大的部位流体压力值最小。

5 结论73599.com
 
由上述剖析效果可知,调治阀流量系数随调治阀开度和压差的增添而显现出增进的趋向。正在统一开度下,调治阀压差的改动对调治阀流量系数值的转变影响不大。调治阀流量系数随开度转变的转变量很小。
 
从压力云图和速度等值线图能够看出,调治阀压力取速度增进成反比的干系,压力大的中央速度值较小。由能量守恒知,当压力增大时,速度会响应天减小,速度较小的中央压力值响应天较大。正在阀芯阀座处,因为撙节感化而正在四周发生缩流,该处流体速度增大,但静压减小。