热风阀风道流场的有限元仿真

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1、学兔兔www.xuetutu.com第4期(总第167期)机械工程与自动化No．42011年8月MECHANICALENGINEERING＆AUTOMAT10NAug．文章编号：1672—6413(2011)04-0051-02热风阀风道流场的有限元仿真李玲玲，崔兵兵(辽宁科技大学，辽宁鞍山114044)摘要：采用solidWorks软件的流体分析插件，以传热学对流换热系数经典公式为依据，对国内某重工集团的DN1800热风阀风道进行了流场模拟。分析表明：阀板外缘下部在阀板开启前期，受到热风强制对流换热影响；在阀板开启后期，受到涡流换热影响。在此分析的基础

2、上，提出了降低闻板外缘温度的措施。关键词：热风阎；风道；流场；有限元中图分类号：TH134：TP391．9文献标识码：AI问题的提出起。图1为热风阀的风道截面图。热风阀是炼铁热风炉中采用的各种阀类中的一2．2计算空间的确定种，它由阀板、阀体、阀盖等组成，其工作原理是：执行COSMOSF1oworks插件的几何空间检查命令，阀板在阀体和阀盖的型腔中上、下抽动，完成开启和插件会自动计算出流道空腔体积和实体体积，如果检关闭热风风道的动作。查到流道空腔体积为零，说明流道空间不封闭，需修热风阀工作温度为900oC～l300℃[1]，是热风改和检查模型，直到空腔封闭

3、为止。封闭的流道空间炉各种阀类中受热载荷最为严峻的阀门之一。热风即为计算空问。阀在使用过程中，阀板的下部外缘受热风扫掠比较严重，由于热冲击和热疲劳等，使下部外缘产生裂纹，严重时产生漏水，造成设备的整体失效。根据以上情况，本文采用SolidWorks软件的流体分析插件(COSMOSF1oworks)分析了DN1800热风阀风道的速度场，并结合传热学对流换热理论对阀板下1一出风口；2一阀板；3一阀盖：4一阀体及风道；5一进风口部外缘进行了换热分析，其目的是改善热风阀阀板的图1热风阀的风道截面图外缘换热，从而提高阀板的总体寿命。3构建CoSMoSF10、v0r

4、l【s分析项目和设定边界条件2三维模型的构建和计算空间的确定热风的物性参数设置等依靠C0SMOSF1oworks的2．1三维模型的构建分析向导来实现。采用SolidWorks软件，通过拉伸、旋转等命令3．1COSMOSFloworks分析项目的设定建立三维零件模型，在三维建模中完成阀板、阀盖、进入COSMOSFloworks分析向导，依次定义如下阀体及风道的构建。在模型构建过程中，由于是风道项目：①创建分析名；②定义单位制，本文选的流场分析，对三维零件作了较大的简化，如：阀板mm—g—S制；⑧定义分析类型为内部流动，同时忽略水环结构同风场分析无关，在此没

5、有构建；阀盖和阀空穴影响；④确定流体，本文的介质为热空气，具体体的外部结构同风场分析无关，也作了较大的简化，物性参数，如密度、粘度等来源于文献[2]；⑤壁面但阀盖和阀体的内部型腔保持了原样。同时把进风口条件的设定，根据有关文献Is]，粗糙度确定为Ra=10和出风口封闭，以便形成有一定密闭空腔的构造体。m，并设定壁面是绝热的；⑥确定初始条件，根据热零件模型建好后，添加约束，把所有的零件装配到一风阀的实际工况，初始压强确定为0．5MPa，初始温度收稿El期：2011-02—15；修回日期：201l-o3—2l作者简介：李玲玲(1965一)，女，吉林桦甸人，工

6、程师，工学硕士，主要从事液压实验教学和热场、流场的有限元仿真分析。学兔兔www.xuetutu.com·52·机械工程与自动化2011年第4期为1373．2K；⑦设定分辨率为10哪。以阀板提升高度h=l955姗为例，运行仿真，3．2边界条件的设定取阀板处的径向截面，得到此时的速度分布如图3所根据工程实际，入口的边界条件为速度边界条示。由图3可知，热空气在阀门主风道上流速为50件，设定为50mm／s；出口的边界条件为压强边界条ⅡL／s，同时在阀体滑道周围和阀板外缘下部存在涡流，件，设定为0．5^lPa。此涡流也与阀板进行换热。但由于涡流速度很低，换4结果及

7、讨论热强度不会很大。4．1换热系数风道开启时，阀板下部被热风扫掠，其表面的换热是月牙形流道的受迫紊流流动换热，首先依据公式(1)计算出流道的定型尺寸：r=。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)U其中：为当量直径，m；f为流道断面面积，m；U为流体湿润的流道周边，m。依据雷诺准则计算出热风的雷诺数ReI,判断流态。选用准则关联式：!。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)e卢f其中：为截面上热风的平均流速，nYs竹为流体的运动粘度，m2／s。在阀板开启状态下，阀板下部的表面被热风扫掠，局部位置可近似看成热空气外掠平板，依据外掠平板紊流平均换热准则关联式，可近似计

8、算出热风的努塞尔数NW：Nu／=(0．037Re?8-87。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(3)