基于FLUENT的锥形节流阀数值模拟和气穴分析

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1、２０１６年第４５卷石油矿场机械第３期第５８页犗犐犔犉犐犈犔犇犈犙犝犐犘犕犈犖犜２０１６，４５（３）：５８６１文章编号：１００１３４８２（２０１６）０３００５８０４基于犉犔犝犈犖犜的锥形节流阀数值模拟和气穴分析张圆１，２，周海１，黄建军１，龚凯１，２（１．盐城工学院，江苏盐城２２４０５１；２．江苏大学，江苏镇江２１２０１３）摘要：针对锥形节流阀气化、气蚀严重的问题，利用ＦＬＵＥＮＴ软件，对锥形节流阀进行气液两相流的数值模拟，得出

2、内部流场的速度、流线、压力及压降随阀杆行程的变化关系；基于Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ模型，对节流阀进行气液两相的气穴分析。结果表明：在阀芯和阀座位置容易出现气穴，并有轻微的涡流现象；随着节流阀开度的增大，气穴现象逐渐减小；开度≥５０％之后，无气穴现象产生。分析结果为锥形节流阀的设计和结构优化提供了一定的理论依据。关键词：锥形节流阀；数值模拟；ＦＬＵＥＮＴ；气穴分析中图分类号：ＴＥ９３１．１文献标识码：Ａ犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３４８２．２０１６．０３．０１３犖狌犿犲狉犻犮犪犾犛犻犿狌犾犪狋犻狅狀犪狀犱犆犪狏犻狋犪狋

3、犻狅狀犃狀犪犾狔狊犻狊狅犳犜犪狆犲狉犜犺狉狅狋狋犾犻狀犵犞犪犾狏犲犫犪狊犲犱狅狀犉犔犝犈犖犜１，２，ＺＨＯＵＨａｉ１，ＨＵＡＮＧＪｉａｎｊｕｎ１，ＧＯＮＧＫａｉ１，２ＺＨＡＮＧＹｕａｎ（１．犢犪狀犮犺犲狀犵犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犢犪狀犮犺犲狀犵２２４０５１，犆犺犻狀犪；２．犑犻犪狀犵狊狌犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犣犺犲狀犼犻犪狀犵２１２０１３，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＩｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｓｅｖｅｒｅＣａｖｉｔａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｔａｐｅｒｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇｖａｌｕｅ，ｔｈｅ

4、ｆｌｏｗｆｉｅｌｄｗａｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｅｄｏｆｇａｓｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅｆｌｏｗｂｙＦＬＵＥＮＴｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｓｐｅｅｄ，ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ，ｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｒｏｐａｎｄｔｈｅｓｔｒｏｋｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｖａｌｕｅｓｔｅｍｗｅｒｅｐｒｏｍｕｌｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｉｔｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｏｆｇａｓｌｉｑｕｉｄｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗｂａｓｅｄｏｎＣａｖｉｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈ

5、ｅＣａｖｉｔａｔｉｏｎａｎｄｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅａｐｐｅａｒｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｖａｌｕｅｃｏｒｅａｎｄｔｈｅｓｅａｔ．ＴｈｅＣａｖｉｔａｔｉｏｎｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｔａｐｅｒｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇｖａｌｕｅｏｐｅｎｉｎｇ．Ｗｈｉｌｅｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇｓｉｚｅａｒｒｉｖｅｔｏ５０％ａｎｄｌａｔｅｒ，ｔｈｅＣａｖｉｔａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｄｉｓａｐｐｅａｒｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚ

6、ａｔｉｏｎｏｆｔａｐｅｒｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇｖａｌｕｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｔａｐｅｒｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇｖａｌｖｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＦＬＵＥＮＴ；ｃａｖｉｔａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ锥形节流阀是油气开采节流压井的关键设备，状态下的液压锥阀流场进行数值模拟，研究得出流［１］通过节流阀可方便控制流量与压力，应用广泛。场中的最低压力会随着开口度的增大明显升高，并［３］锥形节流阀结构虽然简单，但内部流场复杂，油液经且过小的最低压力会造成气穴现象；谭剑波通过过阀口位置时速度重新分布，并且容易产生漩涡，出二维轴对称模型对

7、液压锥阀流场进行数值计算，得现气穴现象；气泡分离出来后，周围高压压缩气泡，到了流场的速度、流线、压力及气体体积分布；张应［４］迅速破裂，并凝结成液体，局部产生高温和高压；巨迁等通过对闸阀内部流场模拟表明容易在阀体内大冲击力敲落或崩掉阀座和阀芯的金属表面，影响壁面和阀座位置出现气穴及强度不等的漩涡；陆［２］［５］阀门的工作。许慧对阀芯固定和阀芯运动的２种亮通过仿真和试验研究了液压节流阀中的空化流收稿日期：２０１５０９２９基金项目：国家自然科学基金（５１４０５４２０）；江苏省产学研前瞻性创新资金项目（ＢＹ２０１４１０８０４）；江苏

8、省“六大人才高峰”项目（２０１３ＺＢＺＺ０２６）作者简介：张圆（１９９０），男，江苏南通人，硕士研究生，研究方向为ＣＡＤ／ＣＡＭ。第４５卷第３期张圆，等：基于ＦＬＵＥＮＴ的锥形节流阀数值模拟和气穴分析·５９·