某型电动闸阀流阻系数数值模拟与计算.pdf

作者简介:童法松()男工程师研究方向为舰船材料及配套文章编号:()某型电动闸阀流阻系数数值模拟与计算童法松王树森(.海军装备部驻沈阳地区军事代表局辽宁 沈阳.海军装备部驻沈阳地区军事代表局驻鞍山地区军事代表室辽宁 鞍山)摘要 为了分析某型电动闸阀的流量特性与流阻系数采用 方法对某型电动闸阀在不同流量条件下的流体区域压强、流速进行了研究 研究结果表明:随着入口流量的逐渐增加最大流体压强由 逐渐增加到 最大负压由 逐渐降低至 最大流体流速由 /逐渐增加到 /不同流量条件下流阻系数在 之间波动关键词 电动闸阀数值模拟流量特性流阻系数中图分类号:文献标志码:(.):././.:概述作为重要的核电阀门之一电动闸阀以其优越的流量控制能力广泛应用于核电的管线系统当中 电动闸阀的主要特征是流阻小反应灵敏电动闸阀的流体阻力系统是衡量电动闸阀压力损失的一个无量纲系数也是衡量电动闸阀流动特性的重要指标之一 作为核能转化利用的重要装备电动闸阀流阻系数的大小直接关系到整个核电管路系统的运行能耗即流阻系数越小电动闸阀的流通能力越强核电管路系统运行能耗越低目前关于阀门的流阻系数研究已经引起了越来越多的研究学者关注但是关于电动闸阀流阻系数的研究仍然还不够完善 传统通过解析的方式所完成的流阻系数计算往往容易产生较大误差而采用实际实验方法进行流阻系数的测定会造成实验成本和研发周期的显著增加 因此本文采用 方法进行电动闸阀流阻系数的计算以此提高电动闸阀流阻系数测定的准确性降低电动闸阀的研发成本缩短研发周期 该研究成果对于指导电动闸阀的设计与优化具有重要的实际意义 模型预处理 几何模型某型电动闸阀的流域模型如图 所示该电动闸阀的公称流通直径为 依据/阀 门 年第 期阀门流量系数和流阻系数试验方法标准要求在调节阀计算模型中进口端连接长度为(为直径)的接管出口端连接长度为 的接管 因此为了保证数值模拟结果的准确性将电动闸阀的入口前端延长 将电动闸阀的出口端延长 根据电动闸阀的结构特性采用对称模型进行计算以此提高电动闸阀流动特性的计算效率 为了保证计算结果更加精确电动闸阀的流体域模型采用蜂窝网格划分方式进行划分并且对几何过渡区域进行加密处理 为了避免网格尺寸对数值模拟结果产生影响本文对电动闸阀的流体域进行了网格无关性检验 最终确定电动闸阀流体域模型网格数量为 万如图 所示 值得注意的是该电动闸阀流道模型的左侧是入口(蓝色箭头表示)右侧为出口(红色箭头表示)图 闸阀流道模型图 闸阀网格图 数学模型数值模拟计算遵循质量守恒定理在流场中的表达式为连续性方程如下:()()()()式中、方向上的速度分量 流动时间 流体介质的密度此外数值模拟所遵循的动力守恒定理在流场中的表达式为动量方程如下:()()()()()()()式中、方向上的单位质量力 边界条件的设置依据/:工业控制阀第 部分:流通能力安装条件下流体流量的计算公式以及/要求进行电动闸阀内的流体介质为水(不可压缩)常温时在各名义流量下测定阀门的阻力系数名义流量从小流量开始逐渐递增直至自模 其实验条件为以流量 /开始并以 /逐渐递增至自模 出口条件为压强出口其值为默认值 湍动模型为 标准模型其系数如表 所示 压强 速度耦合采用 算法求解收敛残差值设定为 此外数值模拟过程中不考虑温度的变化电动闸阀的壁面为绝热无滑移边界条件表 标准模型的系数 结果分析与讨论 电动闸阀流道内压强分布电动闸阀在不同入口流量(/、/、/、/、/)条件下的压强分布云图分别如图 图 所示显然电动闸阀流道内的入口端压强最大 由入口端向出口端压强呈现出明显的先下降再升高的趋势这说明流体在经过电动闸阀墙体内部时产生了明显的压力损失该压力损失是导致电动闸阀产生流体阻力的重要影响因素 此外随着入口流量的逐渐增加最大流体压强由 逐渐增加到 最大负压由 逐渐降低至 可见在不同流量条件下电动闸阀内部产生的压力损失也是明显不同的图 流量为 /时压力云图图 流量为 /时压力云图 年第 期阀 门图 流量为 /时压力云图图 流量为 /时压力云图图 流量为 /时压力云图 电动闸阀流道内速度分布电动闸阀在不同入口流量(/、/、/、/、/)条件下的流速分布云图分别如图 图 所示 显然由入口端向出口端压强呈现出明显的先升高再降低的趋势电动闸阀流道内的经过闸阀腔体内区域的流速最大 电动闸阀腔体区域的截面面积变化提高了阀门处的流体速度这说明电动闸阀腔体的几何尺寸设计对流体流速变化具有至关重要的影响 另外随着入口流量的逐渐增加最大流体流速由 /逐渐增加到 /可见在不同流量条件下电动闸阀内部产生的流体流速变化率也是明显不同的图 流量为 /时流速云图 电动闸阀流量特性与流阻系数测定根据流阻计算公式对隔离阀不同开度情况下的流阻系数进行计算图 流量为 /时流速云图图 流量为 /时流速云图图 流量为 /时流速云图图 流量为 /时流速云图 ()()式中 被测阀门的入口压强 被测阀门的出口压强 被测阀门管道内流体的平均流速 流体介质的密度以液态水为介质电动闸阀在各相对流量下的流量特性 计算结果数据如表 所示不同流量与压差、平均流速以及流阻系数的关系曲线分别如图 图 所示 根据图 可知随着流量的增加压差也逐渐升高而且两者的关系为明显的非线性关系 根据图 可知随着流量的阀 门 年第 期增加平均流速也相应增加二者为近似线性关系根据图 可知不同流量条件下流阻系数表现具有较大波动其整体范围在 之间波动表 阀门介质为水时不同流量特性表流量/(/)压差/流速/(/)流阻系数 图 流量与压差关系曲线图 流量与平均流速关系曲线图 流量与流阻系数关系曲线 结语()随着入口流量的逐渐增加最大流体压强由 逐渐增加到 最大负压由 逐渐降低至 在不同流量条件下电动闸阀内部产生的压力损失也是明显不同的()随着入口流量的逐渐增加最大流体流速由 /逐渐增加到 /可见在不同流量条件下电动闸阀内部产生的流体流速变化率也是明显不同的()不同流量条件下流阻系数表现具有较大波动其整体范围在 之间波动参 考 文 献 常学森唐冰杰吴琦等.三偏心硬密封调节蝶阀的流场和阻力特性分析.流体机械():.崔宝玲马光飞王慧杰等.阀芯结构对节流截止阀流阻特性和内部流动特性的影响.机械工程学报():.施业寿.核电阀门国产化分析.阀门():.杨辰房超童节娟.中国发展核能的必要性.核动力工程():.史文祥刘兴玉娄燕鹏等.直通式截止阀流阻特性分析.阀门():.徐良浩郝夏影张国平等.阀门内流场可视化试验的研究.阀门():.张伟政曹石婧陈修高.基于 的调节阀流场数值模拟与实验研究.甘肃科学学报():.祁崇可殷宇.核级主给水控制阀流道结构优化设计与分析.阀门():.霍增辉董成俞经虎等.基于 的三偏心蝶阀数值仿真及结构优化.轻工机械():.穆岩孙宝杰张峰.基于 的止回阀流体分析与结构优化设计.阀门():.(收稿日期:)年第 期阀 门