偏心蝶式止回阀开启性能瞬态分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)核反应堆系统设计技术国家重点实验室 作者:刘立志

  采用计算流体力学分析软件Autodesk Simulation CFD 及其重叠网格技术,对偏心蝶式止回阀的两种阀板结构分别进行了开启特性瞬态分析。基于粘性可压缩流动Navier - Stokes 方程进行了湍流非定常计算,对两种阀板结构的阀板运动状态、阀内的压力分布和速度矢量进行了分析及对比。结果表明,原阀板结构开启过程中存在不稳定且未达到预期的全开状态,改进阀板结构开启过程中阀板开度呈线性增加且稳定在全开位置。

1、概述

  蝶式止回阀由于结构简单、体积小、阻力损失小等特点在流体工艺系统中得到了广泛的应用。由于止回阀的阀板受水流驱动,在开启过程中可能存在不稳定现象,甚至无法达到预期开度,因此加强对其开启特性的分析是必要的。本文以偏心蝶式止回阀( 以下简称止回阀) 为研究对象,建立了阀板运动模型,采用Autodesk Simulation CFD 软件分别对原阀板结构、改进阀板结构开启过程中的阀板运动特性开展了瞬态分析。

2、研究对象

  止回阀的转轴中心与阀体中心、阀体密封面中心与阀体中心均为偏心设计( 图1) ,公称通径DN =300mm,阀板全关到全开行程为55°,阀板中心开有泄压孔。止回阀竖直安装在管道中,流动介质是温度为265. 6℃,压力为15MPa 的水。阀门用于布置空间紧凑的流道中,入口难以保证足够长度的直管段,导致阀门入口流场不均匀,常规阀板结构易出现启动及运行不稳定状态,因此对常规阀板结构做了改进。改进后,阀板上端增开了压力平衡孔,阀板下端增设了挡水环( 图2) 。

3、数学模型

3.1、基本控制方程

  为了便于建立数学模型并开展流场瞬态分析,对阀内流动设定假设条件。①流域为可压缩粘性流动过程。②假设液固界面为无滑移边界,即边界处速度为0。阀内流体流动是一个复杂的湍流流动过程,描述流体在阀内流动的数学模型为连续性方程、动量方程( N - S 方程) 和湍流脉动动能方程,湍流方程采用标准k - ε 模型。

偏心蝶式止回阀

图1 偏心蝶式止回阀

改进后阀板

图2 改进后阀板

结语

  (1) 通过对两种阀板偏心蝶式止回阀的开启过程瞬态分析,受水流驱动时,原阀板表面压力分布不均造成开启过程振荡,不能达到全开状态,改进阀板能够快速开启且稳定在全开状态。

  (2) 采用Autodesk Simulation CFD 的重叠网格技术模拟止回阀的开启过程,相对于静态仿真可以更清晰地模拟整个开启过程中的阀板运动状态、压力场和漩涡等特性,为合理设计止回阀流道结构提供参考。

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