球形止回阀的cfd分析

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1、第2期（总第33期）No．2(SerialNo．33)2009年3月FluidPowerTransmissionandControlMar．2009球形止回阀的CFD分析王宏伟刘小兵刘德民（西华大学能源与环境学院四川成都610039）摘要：本文采用UG造型软件对球形止回阀流道进行造型，再用Fluent软件对阀体内部流动进行数值模拟。经过对其压力和速度分布情况进行全面分析后，对其内部流道进行优化设计。结果表明，球形止回阀大大减少了阀体的水力损失，降低了在关阀过程中所产生的水击波，提高了止回阀的可靠性。关键词：球形止回阀；优化设计；数值模拟中图分类号：TH137文献标识码：A文章编号：1672－8

2、904（2009）02－0008－004引言止回阀是用于管路系统介质顺流时开启、逆流时关闭的自动阀门，主要作用是防止介质的倒流、泵及驱动机械反转，防止水泵及驱动电机突然停止运行时产生的水击波，减轻对管路系统的破坏。止回阀按关闭件与阀座的相对位移方式可以分为：升降式、旋启式、碟形、隔膜式和球形止回阀等五大类。对于上述止回阀，大多存在以下缺点：关1－前阀体；2－胶球；3－流道；4－筋板；闭时由于水锤作用产生的“巨响”和振动；由于阀板5－后阀体；6－锥形体振动使阀中“关节性零件”轴和轴套之间产生机械图1球形止回阀的内部结构图摩擦运动，当阀板振动频率过高时，轴和轴套间会产生机械摩擦运动，阀板移位，密封

3、失效，有时会造其工作原理是：胶球在球罩内作短行程滚动来成阀板脱落，使系统保护失效；阀内流体流态紊乱，实现阀门的启闭。当水泵开动时，水在压力的作用流阻损失大，能源损失严重等。为避免和改善以上下冲开胶球，使胶球滚至右侧，由后阀体中的锥形缺点，球形止回阀以其密封性好、流阻极小等性能体固定其位置，止回阀开启；泵停后，由于管路系统优势，得到了广泛的应用和推广，其结构从最初的中的回水压力，迫使胶球滚至左侧前阀体，达到止“单球式”止回阀逐步完善到“独立多流道多球式”回阀的关闭。止回阀。胶球采用空心钢球，外附弹性很好的橡胶既保因此，如何改进结构设计或者采用新结构，从证密封，又能保证减小关阀过程中对管道系统的破

4、而减小水锤压力，是设计者着重要解决的问题。同坏。带孔的锥型体在阀门打开时对钢球起固定作用时，通过改进结构设计以减小流阻损失，通过采用和消除胶球与锥型体接触面积的压强，使其接触为新结构、新材料和改进结构设计，在保证止回阀使面接触，减小胶球在阀体内的颤抖引起的水力损用性能的同时尽可能降低其造价等，这始终是阀门失。设计者所努力的方向。2三维造型1结构及工作原理该止回阀为三流道球形止回阀，根据其结构特球形止回阀是一种采用多球、多流道、多锥型点，利用UG软件采用参数化设计对其结构进行优倒流体结构的止回阀，主要由前后阀体、胶球、锥型化，并对流道进行三维造型，为流场分析打下基础。体等组成，其平面结构如图1所

5、示。建模后的止回阀内腔外观如图2所示。收稿日期：2008－06－263流道的CFD分析作者简介：王宏伟（1984－），男，西华大学2007年硕士研究生，运用Fluent软件进行稳态流动的数值模拟和研究方向为机械内部流动理论及CFD分析。2009年3月王宏伟等：球形止回阀的CFD分析9图2球形止回阀内腔外观图4无球阀体速度分布图流动分析，分别对空阀、放置小球和改进小球尺寸进口和出口由于断面面积较小，流体流速较大，在三种情况的流体流动情况作数值模拟及比较分析。球形过渡区周围由于流道较为宽阔，故速度较小。然后对小球尺寸改进前后阀体内部流道进行瞬态靠近进口区域的凹陷区域表面过流速度较大。个别分析。过渡

6、区域会有较为明显的回流现象。空阀流动的整3．1网格划分及参数设置体效果比较理想。在Gambit中对阀体模型进行三维网格的划分，3．2．2改进前阀体的流动分析对畸变严重的区域选择尺寸为10的线加密，体网该球形止回阀主要通过橡胶小球的左右移动格尺寸为15，网格类型选用正四面体非结构化网来实现阀门的开闭，因此我们必须考虑当小球存在格。时，阀体内部的速度和压力分布与没有小球的状态分析计算时，设置速度进口的流速为3m／s，出时相比，是否有较大变化，是否存在局部速度速度口压力为101325Pa。过小和压力过大的情况，以便更为客观的评价球形3．2对阀体内的流动做稳态分析止回阀的实际应用价值。为此，我们在阀体

7、内的三应用Fluent软件进行CFD分析，其中求解器时个流道内靠近阀体出口的位置分别放置三个直径间属性选用稳态。分别对空阀、已放置小球和改进为170mm的小球，此状态即为阀门开启流体正常通小球尺寸三种情况的流体流动情况作数值模拟及过阀体的状态，通过数值模拟和流动分析，观察止比较分析。回阀内部的压力和速度的分布。3．2．1空阀流体的流动分析经过数值模拟计算后，阀体内压力和速度的分Fluent软件中运