近年来,在阀门行业中CFD数值模拟计算已经开始应用,如在电站调节阀的设计及优化,液压锥阀、大口径环喷式流量调节阀、ATS调节阀等。 调节阀是过程控制系统中用动力操作去改变流体流量的装置,调节阀在调节系统中是必不可少的,它是组成工业自动化系统的重要环节。调节阀的品种多、规格多,可靠性差,调节阀的流量特性与工业过程被控对象特性不匹配,造成控制系统品质变差。调节阀是耗能设备,应降低调节阀的能耗,提高能源的利用率,对流道中流线不连续的部位进行结构改进优化,使其流动性能更好。 1 调节阀结构及流道模型建立 1.1 调节阀结构与建模 文中采用某一型号套筒调节阀,其内部结构如图1所示,公称通径为200mm,总长为1000mm。流体的流动方向为左进右出,通过调节阀芯的行程,可以改变套筒的流通面积,从而实现调节流量的目的。
利用三维建模软件,根据流道的几何尺寸和与套筒的装配关系,对流体流过的通道进行三维几何建模,针对不同开度分别建模。调节阀开度为90%的几何实体模型如图2所示。
1.2 网格划分 将三维几何实体导入GAMB II进行计算前的处理工作。确定了计算域之后,用GAMB II对其进行非结构化网格划分,流道网格划分采用四面体网格,划分后网格数为18万左右。调节阀开度为100%的流道网格划分如图3所示。设定进出口的边界条件分别为压力进口和压力出口等。
2 定常流动的数值模拟 将GAMB II导出的网格文件读入FLUENT后,选择求解器,求解方程及模型(选用适合于工程问题的k-ε标准湍流模型),设置流体物性为水,设置边界条件,进行流场初始化,设定控制参数及定义迭代次数等就可以得出求解结果。 2.1 开度100%时流场分析 对进出口压差为146.538kPa条件下,取该调节阀的全部流道和对称面进行分析,研究其内部的流场分布情况。全部流道上压力云图和对称面上速度等值线图分别为图4和图5。 |