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阀门常识

基于CFD的V型孔板调节球阀数值模仿研究

标签:基于,调节,球阀,数值,模拟,研究  添加时间:2020年12月02日  点击264

    0 弁言

    当代工业设计中工程师重要采用现场试验研究和数值模仿方法两者相结合以实现互补,工程师通过现场试验方法获取阻力、压力降和功率等影响设计的参数。但在研发的过程中若完全采用现场试验方法来获得流量等数据,那将需投入大量的研发资金,并且延伸了产品研发周期,不利于快速相应市场需求。国内对调节阀内部空化及汽蚀题目数值模仿研究处于空白阶段,现场试验也刚参考国外标准开始实施,但是现实上大型阀门企业几乎都忽视空化题目的研究,对核工业等特别领域碰到的特别工况题目甚至选择躲避,一样平常只以定期维护替换阀门装配来获取体系的稳固与可靠性。但题目现实上仍然存在。

    在设计涉及流场时应用CFD数值模仿技术,具有比现场试验法更好的经济效益,借助CFDApp工具可以大大削减现场试验的次数,同时在最终设计定型时条件许可也可采用现场试验体例来验证最终的设计效果,降低了研发设计成本,缩短了产品设计周期,快速相应市场需求,对进步阀门产品的设计水平和产品的经济效益具有十分紧张的意义。

    1 调节阀孔板计算模型

    调节阀的调节原理与流量测量的孔板相似,都具有局部阻力的特征。调节阀借助阀芯的往复活动来改变其节流条件。因此,可以说调节阀是一个可变的节流元件;而其中所含孔板仅仅只是固定孔径比的调节流量的元件。所以,大家将调节阀模仿成孔板的节流情势,所建立的模型如图1、图2。

基于CFD的V型孔板调节球阀数值模仿研究

图1 调节阀孔板计算模型

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图2 调节阀孔板模型

    大家在试验管道的上游1倍管径处测得上游绝对静压力P1,下流0.5倍管径测得下流绝对静压力P2,运行FloEFDApp进行流场的数值模仿分析重要步骤如图3。

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图3 数值模仿分析步骤

    2 标准孔板的模仿效果及其分析

    2.1 孔板模仿数值参数

    根据调节阀关于流量试验装配中关于试验段的尺寸规范,大家采用β=0.15孔径比模型的试验数据豪沃驾驶室总成,来验证孔板试验的精确性。孔板尺寸和数值模仿的相干参数有:孔板安装管道的内直径尺寸D=100mm河北人事考试网站,孔板内直径尺寸d=15mm,E=4mm,e=2mm,α=0.267。

    2.2 计算效果

    2.2.1 孔径比雷同,雷诺数不同的压力分布图

    通过对孔径比雷同,而雷诺数不同的模仿分析,大家可以得到的标准孔板模型在不同边界雷诺数下的特性线上压力分布图,见图4。

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图4 标准孔板在不同雷诺数下压力分布图

    从图中大家发现雷诺数越大,压差就越小。当流体流经孔板的孔口时,压力值会急速降落,流到下流时,压力值会更低,会产生肯定的空化征象。所以大家得出,当孔径比β=0.15时边界雷诺数越大,产生压差越大,空化数越小,从而液体空化程度越大,即空化征象越强烈。

    2.2.2 雷诺数雷同,孔径比不同的压力分布图

    分别取标准孔板的三种模型,即β=0.1,0.2,0.3,在雷同雷诺数为10000时的压力和速度矢量分布图,见图5。通过分析计算大家得到,当β=0.1时压差△P为23525Pa,β=0.2时压差为1645Pa,β=0.3时压差△P为418Pa。β=0.2时比β=0.3时的阻力大,由此可知,孔径比越大所受的阻力就越小,也越不容易发生空化征象,反之则容易发生空化征象。

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图5 在不同孔径比下的压力分布和速度矢量图

    3 V型开口孔板的调节球阀的数值模仿及分析

    3.1 模仿参数的设定

    为了实现对标准调节球阀简化模型实现线性控制和空化控制,大家采用DN50加装有不同流量特征的V型开口孔板的调节球阀。如图6所示为3组不同角度不同流量特征的开口孔板。

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图6 不同角度不同流量特征

    3.2 模仿计算效果

    3.2.1 统一雷诺数下不同开度的流量特征

    根据模仿研究大家发现,不同角度V型开口孔板调节球阀在统一雷诺数和开度下的流量特征和流量系数的转变趋势,开度越大,流量系数也会越大。大家由图7也可以发现,90°V型开口孔板的球阀比30°V型开口孔板的球阀在统一开度下,过流面积增大,从而流量系数也增大。

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图7 不同开度与流量系数的关系

    3.2.2 统一雷诺数下不同开度的空化特征

    当上下流压差基于CFD的V型孔板调节球阀数值模仿研究为壅塞流情况(FL为无附接管件调节阀的液体压力恢复系数,FF为液体介质的临界压力比系数网站seo优化,PV为液体的饱和蒸汽压),壅塞流空化是最紧张的空化征象。如图8所示,通过计算大家可以得到,30°V型开口孔板D50调节球阀在80%时,压差大于壅塞流压差时,发生初生空化和噪声。当60°V型开口孔板D50调节球阀在60%时,压差大于壅塞流压差,空化初生,随着开度增大时钛白粉,空化征象进一步加剧,伴随着强烈震荡和刺耳的噪声的产生。90°V型开口孔板D50调节球阀在50%时,产生初生空化征象。

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图8 不同开度与空化数的关系

    3.2.3 不同V型开口的云图和矢量分布

    由图9可知,大家发现V型开口孔板的角度越小,在雷同的开度下,下流部位缩流处流速越快,而压力越小,此时越容易发生空化征象和振动噪声的产生。从图9可以观测并分析出在开口角度为60°时V型孔板球阀所示云图和矢量分布比较均匀且湍流较为平缓,压差也较小,其抗空化的性能较好,且具有较好的流量特征。不会存在30°开口下发生的空化征象。

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图9 不同角度V型开口和不同开度下压力和速度矢图

    4 结论

    (1)通过对FloEFDApp的数值模仿的后处理效果如压力矢量云图可以得到,无边是孔径比β=0.15,照旧β=0.1,0.2,0.3等都可以正确地控制流量,并且处于肯定孔径比和要求流量下,可以借助孔板来调节流量,这种思路结合调节型球阀的流通特征,能够设计出具有线性流通特征的孔板阀,而且能够达到控制空化和流量的正确控制的目的。

    (2)分析可以预判在30°孔板下存在空化征象且较为紧张。但对于空化题目的控制在60°时流量线性控制,并且其空化数并未处于30°下的低空化数下,分析注解抗空化性能较佳。

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