自力式差动快开阀开启特性的数值模拟.pdf

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1、第39卷第6期化工机械749自力式差动快开阀开启特性的数值模拟李媛媛+张世富郭军华张帆(后勤上程学院)摘要介绍了电磁先导、自力式差压控制的快开阀结构及开启原理，利用FLUENT6．3．26计算软件对快开阀内部流场进行数值模拟，通过建立模型、设定边界条件及参数，计算得到快开阀开启过程中流场压力及速度分布、变化曲线图，从微观角度对模拟结果进行了详细分析，揭示了内部流场特性与运动规律，为快开阀的设计及结构改进提供基本理论依据。关键词快开阀开启特性数值模拟中图分类号TQ055．8+l文献标识码A文章编号0254-6094(2012)06-0749-06高速开关装置在长输管道和压力容器

2、的安全保护方面应用广泛。当长输管道由于机组意外停机、误关阀门等原因引起水击超压时，会造成管线破裂及仪器仪表损坏，引发安全事故。因此，需要在不同长度的管段安装快速开启装置，当瞬间超压时，可在数十毫秒内快速泄放输送介质，以保护管道系统安全。笔者利用FLUENT6．3．26计算软件对100ram自力式差动快歼阀门开启过程中的流场进行研究。1快开阀结构与原理快开阀的基本原理足依靠输送流体压差作用瞬间开启阀门，阀动作时的驱动力来自流体在阀一卜．、下形成的压差力‘1。快开阀阀体结构如图l所示。快开阀未动作时，电磁先导阀关闭，流体经孔l流入并充满阀芯内部空腔，流体对阀芯底部压力等于阀：芑：

3、内部流体压力，弹簧预压力等于底座对阀芯的支持力，阀芯受力平衡。当电磁先导阀开启后，流体经孔2流出，由于孔2直径远大于孔l直径，流体在阀芯内部无法聚压‘2，阀j芑：底部受力大于腔内流体压力、弹簧力与流体粘性摩擦力的合力，使阀芯向上运动，阀门开启，大部分流体从阀芯右侧流出。阀门的开启程度由限开度机构控制。}李媛媛，女．1985年lo月生，助教。重庆市，4013】1。图l自力式快开阀结构简图2FLUF：：NT软件简介FLUENT软件是由美国FLUENT公司于1983年推出的基于有限体积法的专业软件。该软件是目前市场占有率最大的CFD软件包，用来模拟从／fi可压缩到高度可压缩范围内的

4、复杂流动。只要是涉及流动、传热以及化学反应等的工程问题，都可以用FLUENT来进行分析。FLUENT采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而能达到最佳的收敛速度和求解精度。FLUENT提供了丰富的物理模型和数值方法供用户选择，而且具有强大的前后处理功能，灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在航空航天、汽车设计、船舶、机械、能源750化’1：机械2012年动力、化工、环境、电子、噪声、材料加工以及生物医药等领域有着广泛的应用’3’“，FI．UENT计算的基本思想基于有限体积分析法，是一种特殊的有限差分法。其基本步骤是‘⋯：首先，利用前

5、处理软件对所研究问题进行模型建模、网格划分和边界条件设定；而后，在求解器设定相关参数值并进行计算；最后，在后处理软件Tecplot中，根据研究需要提取相应的计算结果图，实现计算结果的可视化．n112)1：度3模拟仿真3．1模型建直实际操作过程中快开阀内部的流动状态应是三维的，但考虑到快开阀为一纵向对称结构，纵向中线剖面处流体的流动特性町基本反映阀内腔流体的整体情况，笔者建立2D近似模型来模拟稳态流动的特性，采用三角形网格结构对快开阀内外流场区域进行网格划分。在建模过程中简化一些不必要的结构，得到图2所示的几何结构。图2计算模型网格划分3．2边界条件类型确定在流动计算中，确定了

6、控制方程的离散形式后，需要借助流动的边界条件对方程进行求解，求解时边界条件的设定必须合理。根据快开阀内部的实际流动特性和流道特点，选择其对应的边界条件见表1。表1边界条件的设置情况3．3参数设置选用FLUENT5／6二维单精度求解器，读入已划分网格，检查网格质量并确定长度单位；选择耦合、隐式基于压力的求解器以及带修正的RNG湍流模型；流体物性设置为水，直接从FLUENT数据库中调取；操作条件保持默认设置，忽略重力影响；边界条件及初始化设置速度入口，即压力3．5MPa，戈方向速度1．25m／s，Y方向速度Om／s，其余保持默认设置即可。求解器收敛因子参数设置分别为：压力0．3，

7、密度0．9，体积力l，动量0．7，湍动动能0．8，湍流耗散率0．8，湍流粘度l；连续性方程收敛精度定第39卷第6期化T：机械75l义为0．001，其余定义为0．0000l；将迭代次数设为1500。4计算结果显示及分析迭代计算结束后，利用FLUENT后处理软件Tecplot对流场相关图进行处理，得到其压力、速度分布与变化曲线图。从分析结果可知，由FLU．ENT软件模拟计算得到的快开阀在1／4开度状态下的出口总流量为12．4775kg／s，而在模拟初始阶段设定的总流量为12．500Okg／s，其质量流量误差