蝶阀流动特性的数值模拟及分析

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1、万方数据2008年第36卷第05期流体机械文章编号：1005---0329(2008)05----0025--05蝶阀流动特性的数值模拟及分析宋学官，汪林。姜正浩。朴荣哲(东亚大学，韩国釜山604—714)摘要：应用专业流体分析软件CFX对蝶阀中的流体进行了三维模拟分析，并在阀盘处于不同的开启度(即阀盘的开启角度)下，研究了阀门的流动特性如流量系数、水力扭矩系数、空化系数等。通过经验值和模拟值的比较，验证了计算机模拟研究的有效性。关键词：蝶阀；数值模拟；流量系数；水力扭矩系数；空化系数中图分类号：TK037文献标识码：ANumericalAnalysisofF

2、lowCharacteristicsofButterflyValve-predictionSONGXue-guan，WANGLin，JunghoKang，YoungChalPark，(Dong·AUniversity，840Hadan—dong，Saha-gu，Busan，SouthKorea，604-714)Abstract：Three-dimensionalnumeficMsimulationsbycommercialcodeCFXwereconductedtoobservetheflowpatternsandtomeasur_evalveflowcoef

3、ficient，hydrodynamictorquecoefficientandcavitationcoefficientwhenbutterflyvalvewithvariousopen-ingdegreesanduniformincomingvelocitywereusedinapipingsystem．Bycontrast，agroupofexperimentaldataisusedtocomparewiththedataobtainedbyCFXsimulationtoinvestigatethevalidityofnumericalmethod．Ke

4、ywords：butterflyvalve；numericalsimulation；flowcoefficient；hydrodynamictorquecoefficient；cavitationcoefficient1前言在目前的管道系统中，蝶阀应用越来越广，其重要性正在不断的增加，因此世界上有很多学者对蝶阀的流动特性进行了研究。例如：Kerl等曾对蝶阀的试验结果进行了分析¨J，Sarpkara从理论上研究了蝶阀的流动特性心]，KimuraandTana．ka从理论上研究了蝶阀的压力损失特性”J。计算流体力学(CFD)是以计算机作为模拟手段，运用一定的计算技

5、术寻求流体力学各种复杂问题的离散化数值解，其研究方法包括理论分析、实验研究和数值模拟。随着计算机技术的飞速发展，数值模拟技术越来越多的应用在主流的科学研究和工业界产品设计分析中。这方面也有很多研究论文。HuangandKim使用三维数值模拟技术分析了在蝶阀内部的不可压缩的流体的流动状况【4J，并给出了分析后的速度场图和应力分收稿日期：2007一儿—30修稿日期：2008珈l—04基金项目：韩国政府部门主导的区域科技创新项目(RTIOzI-01—03)布图。LinandSchohl分析了CFD在蝶阀领域的应用∞j。ChernandWang运用CFD软件STAR—

6、CDTM分析了在球阀中流动的流体并模拟得出了球阀的相关系数∞j。本文的主要内容是运用专业软件ANSYSCFX10．0来分析一个蝶阀的流动模型，该模型可以精确的显示流动状态，并估算压力损失、流量系数、水力扭矩系数和空化系数，这通常是阀门优化设计的第一步。2流动特性参数2．1流量系数C。流量系数C，表示在阀门打开一定的角度时阀门的压力损失和单位流量的关系。实际应用中，当阀门的c／∥值大于20时，必须考虑流体流动时与管道的摩擦对压力损失的影响。根据经验万方数据FLUIDMACHINERYV01．36，No．05，2008和估算，绝大多数的水阀门(包括本文分析的阀门)

7、的C／d2值大于20。因此考虑了摩擦影响的压力损失计算公式为：巩=APIsa-0．008986Ss，手(1)所以，实际的C，计算公式为：cfQ／[孥-o．00898鳅加∽(2)式中△P脚——理论压力损失，PaAP。——实际压力损失，PaQ——单位流量，g／mS，——流体的比重(水的比重为1)卜摩擦系数扣阀门直径，m2．2水力扭矩系数C，水力扭矩T(Ot)表示在阀门打开一定角度Ot时流体从阀门经过作用在阀门轴上的扭矩大小。水力扭矩系数C，是一个与阀门大小无关的系数。C，，T(a)，压力损失△P。和阀门直径之间的关系：cr=嚣㈤2．3空化系数盯当流体通过控制阀节流

8、后，如果流体的静压降低到低于该液体的饱