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V型球阀调节性能和流动特性三维解析

发表时间:2022-6-26, 编写人:上海川沪阀门有限公司

1. V型球阀模型

V型球阀的三维结构示意图

图1:V型球阀的三维结构示意图

以DN50可拆式V型球阀为对象开展研究,图1是V型球阀的三维结构示意图。电动执行器与阀杆相连接,给电动执行器通电后,阀杆随着电动执行器转动,进而带动阀芯运动。阀芯转动改变了V型球阀的流通面积,从而实现了V型球阀的调控功能。锥角是阀芯的主要特征结构,因此,设计加工了阀芯为锥角截流形状的V型球阀(见图2),并分别对锥角为30°、45°、60°、75°和90°V型球阀的调节性能和内部流动特性进行了对比分析。

阀芯结构示意图

图2:阀芯结构示意图

2.计算区域三维建模

在建模阶段,首先对V型球阀实体进行测绘,获得各个零部件的实际尺寸,然后利用Solidworks对V型球阀及阀门前后流道进行建模。将阀门前后流道分别延伸10倍阀门口径,以保证来流的充分发展及计算的准确性。图3所示为数值计算流道三维示意图。与前文类似,V型球阀的计算区域同样分为阀门进口前流道、阀门出口后流道、阀芯流道和间隙流道4个部分。

V型球阀数值计算流道三维示意图

图3:V型球阀数值计算流道三维示意图

3.网格划分

利用ICEM软件对V型球阀的阀前、阀后、阀芯和阀门间隙4个流域分别进行网格划分,并对V型球阀的阀芯和阀门间隙处进行网格加密处理。为了验证计算网格的合理性,将流体区域网格分别划分成150万、200万、250万、300万、350万、400万及450万,并开展数值计算。图4所示为阀门流量系数和阻力系数随网格的变化规律。由图中可知,当网格数量大于300万时,流量系数和阻力系数基本不随网格的增加发生变化。因此,后续计算将按350万网格数开展。

网格无关性验证

图4:网格无关性验证

采用Realable k-ε湍流模型对阀门内部湍流场进行计算,壁面函数选用标准壁面函数。进出口边界条件根据实验数据进行设置。同时采用滑移网格技术对球阀瞬态调控过程进行数值模拟。

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