基于污水V型调节球阀流阻特性分析-论文.pdf

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1、第26卷第3期甘肃科学学报V01．26NO．32(31d年6月Journa1ofGaHsuSciencesJun．2Ol4基于污水V型调节球阀流阻特性分析张希恒，李跟飞，高德明(兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州730050)摘要：应用CFD数值分析方法对调节阀内部流体流动特性进行分析，以标准￡模型为依据，对V型调节球阀在不同开度和压差下的流场进行模拟分析．对比分析了牛顿流体和非牛顿流体在调节阀不同压差和不同开度下的流阻系数和调节阀流阻特性．并绘制不同开度、压差下流阻系数的线形图．结果表明：随着压差变化流阻系数变化不

2、明显，随着开度的增大流阻系数逐渐减小．关键词：CFD；牛顿流体；非牛顿流体；流阻特性；不同开度；压差中图分类号：TQO55．8’。1文献标志码：A文章编号：1004—0366(2014)03—0095-04城市污水是一种具有非牛顿特性的幂率流体，性质流体在调节阀内部的流阻情况．在其中含有大量的污物，包括大小尺度泥沙类和悬1流体计算模型浮纤维类，流动特性较水有著差异．考虑到污水中包括的固相污物特殊性，并且为了分析和研究在研究单相介质流体流动特性时，运动规律遵方便，将城市污水视为均质流体，采用单相非牛顿流循三个基本守恒定

3、律，即质量守恒定律、动量守恒定体模型进行分析研究，将固相污物的影响归结到流律及能量守恒定律，该课题对流体进行数值模拟研体黏度的影响之中．由于V型调节球阀阀芯的V型究时采用适合工程问题的e湍流模型，对流体研切口(见图1)和球阀密封面之间具有剪切作用，可究的控制方程如下：以切断纤维状的流体，密封性能好]，因此可用于城连续性方程为市污水流动特性研究．该型调节球阀还具有流体阻a~d-+ffs㈤s_O，(1)力小、流通能力大的特点．调节阀内部结构复杂，而且还在不断的变化更新，随着计算机技术和数值计动量方程为算的发展，运用CFD

4、技术对流体流动进行模拟仿真Ⅱl㈨pudV—II]~,)pfdV4-if,㈨pdS，、分析已经成为一种普遍应月j的工程分析手段，通过湍动能k的输运方程为CFD通用软件fluent对某一一型号的V型调节球阀内部流体介质的流动特性进行模拟仿真，分析不同St+丢[忌一(十譬)(差)]一G—，cs湍流耗散率s的输运方程为篆+未[e一(+)(亳)]一cG}一cE2P，(4湍动能和湍流耗散率生成项G和G的计算公式为Gk—一(Sulauj]Sai，(5)图1V型调节球阀的阀芯结构其中：为涡黏性系数．在用进行数值计算时，￡模Fig．1

5、Corestructureofv-typeregulatingballvalves中经验常数的取值通常情况为收稿日期：2013-09—04基金项目：甘肃省科技支撑计划(110jzSBo79)作者简介：张希恒(1966一)，男，甘肃永登人，副教授，硕士生导师，研究方向为阀门技术与密封、管道工程等．E—mail；ligfl987@126．corn第26卷张希恒等：基于污水V型调节球阀流阻特性分析97生阻力的元件系统，当有流体通过阀门时，整个流动表2不同压差下污水(n=0．1666)流阻系数{系统中的流阻系数还和流体本身的

6、特性有关．流体Table2Coefficient{ofthesewage(n=0．1666)flowresistanceunderdifferentdifferentialpressures在阀门中的流阻系数计算公式为2Ap一(7)开度℃——!竺一——下’D“。△声0．2MPa△声一0．5MPaAp=1MPa△一1．5MPa其中：Ap为阀门前后的压力损失(Pa)；为阀门流阻系数；p为流体密度(kg／m)；为流体在管道内的平均流速(m／S)．通过数值模拟得到压差分别为0．2MPa、0．5MPa、1MPa、1．5MPa时

7、，调节阀不同开度下的流阻系数值，见图6、表1、表2、表3．从图6中我们可以看出，调节阀流阻系数随开度增大呈现出减小趋势，当训节阀为全开状态时流表3不同压差下污水(n=1．666)流阻系数{阻系数最小．阀门开度较小时，由于阀芯、阀座所造Table3Coefficient{ofthesewage(=1．666)成的流通面积小，形成局部阻力，并且在节流处会形flowresistanceunderdifferentdifferentialpressures80{)7Il())IJ5004003002001ll()Il304【

8、】5I)6【】708I)90凋节阀开度0／℃成涡旋流动，因此在开度较小时流阻系数值较大．◆清水流阻系数·剪切细化流流阻系数▲剪切稠化流流阻系数对比表l、表2和表3的数据，可以看出对于不图6压差为0．5MPa时不同开度下剪切细化流、同流体，阀门流阻系数值不同，当具有牛顿流体性质剪切稠化流和水流阻系数变化曲线水通过阀门时，流阻系数较非牛顿性质污水小