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1、2012拒管技术5设备2O12第3期PipelineTechniqueandEquipmentNo.3内流式锥阀流场的数值模拟与结构优化杨东生(黑龙江省大庆头台油田开发有限责任公司,黑龙江大庆166512)摘要:锥阀具有密封性能好、过流能力强、响应快、抗污染能力强等特点,在流体输送中得到了广泛的应用。应用PHOENICS流体计算软件及k一湍流计算模型,对内流式锥阀的内部流场进行了模拟仿真,研究了流量变化、开度变化对锥阀流场特性的影响。研究结果对分析锥阀的性能、进行流道的结构优化和实际工程应用都具有一定的指导作用。关键词:锥阀;计算流体力学;数值模拟;流量系数中图分类号:TE8文献标识
2、码:A文章编号:1004—9614(2012)03—0035—03NumericalSimulationandStructureOptimizingfortheInwardFlowFiledofPoppetValveYANGDong—sheng(DaqingToutaiOilFiledDevelopmentLimitedLiabilityCompany,Daqing166512,China)Abstract:Thehightightness,strongflowcapacity,quiekresponseandhighabilityofanti—pollutionofpoppetva
3、lvehavebeenwidelyappliedinliquidtransportation.ThispaperappliedPHOENICSliquidcalculatingsoftwareandtheturbulencecon—putationmodel,analysedthesimulationresults,acquiredtherelationshipbetweencurrentcapacitychange,opendegreechangandflowrunnerstructure.Theresearchresultofthispaperwillgivedirectivef
4、unctiontotheanalysisofpoppetvalvefunction,optimizationofflowrunnerstructureandpracticalengineering.Keywords:poppetvalve;fluidmechanicscomputation;numericalsimulation;dischargecoefficientO引言(2)假定锥阀阀芯与阀套配合精确,没有径向间锥阀利用锥形阀芯的位移来改变液流通路口的隙,无泄漏;大小,以实现液流方向、压力及流量的控制[1J。锥阀(3)不考虑流体质量力的影响;具有密封性能好、过流能力强、响应快、
5、抗污染能力强(4)假定系统内部流体无热传导现象;等特点,应用广泛。(5)壁面处无滑移,即固定壁面处速度为零;文中了解阀内部流场的速度场、压力场分布情况(6)流动状态为湍流,采用标准k一湍流模型(k等,并分析速度、开度对流道流场的影响,进而对内流为湍动能;为湍流耗散率)。式锥阀的结构进行改善]。1模型建立1.1几何模型图1是内流式锥阀的结构尺寸简图。d=10mm,d1=d2=50mill,d3:15mm,d5=30mm,d6=20mm,a=45。,L为开度。图1中,a为锥阀的半锥角,d、d一d为长度。对此模型的相关假设如下:图1内流式锥阀的结构简图(1)流体为不可压缩流体,即dp/dt
6、=0,P为流体1.2数学模型密度,kg/m;t为时间,s;湍流基本方程:垫:0以收稿日期:2011—10—25收修改稿日期:2012—04—24第3期杨东生:内流式锥阀流场的数值模拟与结构优化37的流通能力强,流体流过阀门时的压力损失小,见图格采用结构化正交局部加密网格技术进行了局部细5、图6。化。(2)利用PHOENICS软件对锥阀的内部流场进行了数值模拟,分析了开度、流量变化对锥阀流动特性的影响。计算了锥阀在不同流量、不同开度下的流量系数,得到了流量系数和开度、流量之间的关系。在其他条件不变时,流量越大,流量系数越大,即阀的流通能力越大;在其他条件不变时,流量系数随着开度图5开度
7、、流量与流量系数的关系图的增加而减小,当开度增加到一定值时,流量系数趋于平稳。(3)计算了锥阀优化前后的流量系数。结果表明:在相同条件下,优化后的锥阀流量系数比优化前的流量系数大,即优化后的锥阀流通能力大,压力损失小。图6优化前后的流量系数对比图参考文献:从图5中可以看出,流量一定时,随着阀口开度增[1]张利平.液压阀原理使用与维护.北京:化学工业出版社,2009:1—26.加,流量系数减小;当开度一定时,流量越大,流量系[2]高殿荣,王益群.液压锥阀内流
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