基于 FLUENT 的易拉罐灌装阀阀道流场分析与结构优化

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1、2014年8月机械设计与制造工程Agu．2014第43卷第8期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．43No．8DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2014．08．007基于FLUENT的易拉罐灌装阀阀道流场分析与结构优化黄川，李东波，刘延友，何非，张敏(1．南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)(2．南京玻璃纤维研究设计院先进材料事业部，江苏南京210012)摘要：首先运用FLUENT软件对易拉罐灌装阀阀道进行数值计算模拟，得出阀道流场分布，然后通过分析流

2、场分布结果找到阀道结构受最大冲击以及最大压力的位置并进行优化，最终得到提高易拉罐灌装阀抗冲击性能以及使出口速度分布均匀的阀道结构，从而提高了灌装精度并为同类产品优化提供依据。关键词：流体分析；结构优化；灌装阀阀道；易拉罐中图分类号：TH12文献标识码：A文章编号：2095—509X(2014)08—0027—05中国连续多年保持世界第一大啤酒生产国称金具有良好的塑性变形性能，因而在灌装过程中不号，快速发展的啤酒消费业刺激着啤酒灌装设备产可向容器施加大的压力，故为保证啤酒稳定进入易业的发展⋯。啤酒灌装生产线在我国啤酒工业的拉罐采用机械式等压

3、灌装阀。机械式等压灌装阀促动下积极地吸收国外先进技术并通过不断地自结构简单，但其灌装精度较低；同时由于易拉罐型主创新得已发展壮大J。易拉罐灌装阀是专门针号规格是固定的，易拉罐灌装时是未封盖状态，灌对易拉罐瓶型开发的灌装设备，由于易拉罐材质及装口径大，酒液从灌装阀道流出到易拉罐的过程稳瓶口形状的特殊性，其灌装机阀道结构不仅需满足定性低，为保证酒液流人的稳定性，灌装阀阀道内灌装的精度、泄漏率等要求，而且需要考虑容器的结构需增加复杂的微结构，因此流体流过阀道时对不可施压性。因而运用FLUENT软件分析易拉罐结构的冲击力增加，加大了灌装能量的损失

4、，降低灌装阀阀道流场并对其结构进行优化设计，对于提了灌装效率及精度。图1为易拉罐灌装阀实物图。高灌装精度有现实意义。计算流体动力学方法近年被广泛应用于工程模拟，而FLUENT软件是计算流体动力学方法应用最广泛的软件之一，主要用于气液流场模拟，能够准确模拟出流体的运动状态，流场内压力、速度、湍流能量变化等等，为分析灌装阀内流道流场以及优化设计灌装阀阀道结构提供了具体可实施的方法，对于改善阀道结构，提高灌装机精度起到重要作图1易拉罐灌装阀用。因此，采用FLUENT软件模拟流场是进行流道结构设计、优化、评价的常用手段。易拉罐灌装阀主要由酒液灌装

5、阀、气动上升装置以及对中装置组成。当易拉罐由进瓶装置的拨1易拉罐灌装阀结构简介杆拨至托盘后，气动上升装置带动托盘上升至灌装易拉罐材料一般为铝合金，其中以铝铁合金、阀底部，然后易拉罐完成与对中装置的对中，接着铝镁合金较为常见，由于添加了合金元素使得铝合充入cO气体以排空容器内空气，最后开始灌装收稿日期：2014—07—08作者简介：黄川(1988一)，女，湖北随州人，南京理工大学硕士研究生，主要研究方向为流体分析以及机械结构。·27·2014年第8期黄川：基于FLUENT的易拉罐灌装阀阀道流场分析与结构优化阀道中分布较接近，尤其是密封圈下部

6、并未出现强对阀道结构进行了优化，优化后的易拉罐灌装阀抗大速度冲击，而且阀道出口处流体速度提高，且速冲击性能提高以及出口速度分布均匀，可以保证酒度差减小，可以减少由于出口流速差别造成的激沫液稳定精确地充进易拉罐中，提高了易拉罐的灌装现象，从而保证啤酒口感。最后从湍流动能分布图精度，对生产实际有一定的指导意义，可供同行参可看出湍动能最大的位置转移到了阀道底部，从而考借鉴。可以验证速度分布图中得出的对密封圈冲击变小参考文献：的结论。综上可知，通过优化易拉罐灌装阀结构，[1]韩占忠，王敬．FLUENT流体工程仿真计算实例与应用[M]．对灌装精度、

7、口感以及效率都有了保障性的提高。北京：北京理工大学出版社，2010．另外，若需提高密封圈的抗冲击性能以增加密[2]石银．全液压转向器的流场分析及其特性研究[D]．镇江：江封圈使用寿命，建议灌装阀阀道处采用抗冲击且密苏大学，2007．封性能好的唇形密封圈代替。[3]崔曼．盒中袋灌装阀阀口流场分析与结构优化[J]．包装工程，2012，33(7)：74—77．[4]王艳珍，于兰英，柯坚，等．水压锥阀流场的CFD解析[J]．机5结束语械，2003，30(5)：20—22．本文运用FLUENT软件对易拉罐灌装阀阀道[5]汪俊．基于计算流体力学的水压

8、泵流动与传热分析[D]．武进行了数值计算模拟，得到阀道流场分布结果，并汉：华中科技大学，2009．TheFlowDistributionAnalysisandStructureOptimiza