切换阀阀内流场数值模拟

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京航天动力研究所 作者:宁俞毅

  采用Fluent软件对切换阀流场进行数值模拟,并对切换阀流量系数模拟值与实验值比较,表明应用Fluent对切换阀进行数值仿真模拟可靠,为切换阀结构优化提供了理论依据。

1、概述

  压力容器和工艺系统的自动超压保护设备由2台安全阀和1 台切换阀组成,切换阀可保证实现无需停车的情况下对安全阀进行在线检修或更换。相关标准中规定,在被保护设备和泄压阀之间不可恢复的压力损失不能超过阀门整定压力的3%。因此,研究切换阀的水力特性,对于降低能量损失以及指导阀门的设计有十分重要的意义。本文利用了Fluent 软件对切换阀的内部流场进行数值模拟,并对可视化结果以及流量特性进行分析。

2、计算方法

  2.1、计算模型

  选取2 in. (50mm) 切换阀作为样阀进行仿真计算。切换阀的A口和B口与安全阀连接(图1) 。当切换阀阀瓣将A口密封,A口处安全阀与系统隔离,为备用安全阀,B口处安全阀为在线安全阀(工况Ⅰ) 。如果阀瓣将B口密封,则A口处安全阀为在线安全阀,B口处安全阀为备用阀(工况Ⅱ) 。切换阀的流场区域是从切换阀的入口分别到A、B 两个出口由阀体、阀座和阀瓣等所组成的三维空间。

  为了减少计算量,对流场区域进行简化。对固壁边界不考虑切换阀零件组装之间的小间隙以及对尖角部位抹平。由于整个流场区域从几何形状上看,相对于X-Y 面是对称的,所以真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为可假设整个流动状态也是面对称的。因此,计算域只取一半的流场区域(图2) 。

切换阀阀内流场数值模拟

图1 超压保护装置

切换阀阀内流场数值模拟

图2 内部流场计算域

  2.2、网格划分

  计算网格由Fluent的前处理器Gambit 软件生成。因为阀体内腔的形状和流动状态较复杂,所以采用非结构网格,总网格数为2.0 × 105 ~3.0 × 105

3、结语

  通过数值模拟得到的切换阀内部详细的流动情况表明,当水流流过拐弯处时,漩涡形成剧烈紊动的分离回流区是水头损失的主要原因,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为应考虑对阀门阀内结构进行圆滑过渡或优化,从而减小漩涡及能量损耗,增大阀门的流通能力。数值模拟切换阀的流量特性与试验数据相比偏差较小,表明数值模拟不仅能够解决实际应用中存在的问题,且能够降低实验研究的费用,提高阀门的研发效率。

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