蝶阀稳态与突变流场特性分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西南科技大学制造科学与工程学院 作者:陈杨

  运用FLUENT 软件,分析了大口径蝶阀速度稳定流场与速度突变流场的特性。结果表明入口速度突然由低速变至高速,将引起流场压力值及流速的瞬间提升,继而逐渐降低达到基本稳定,其峰值比高速下稳态的压力、流速值更大。同样当入口速度突然由高速变至低速,将引起流场压力值及流速的瞬间降低,继而逐渐升高达到基本稳定,其谷值比低速下稳态的压力、流速值还低。此外,开度对突变流场回复稳定性有很大影响。

  1、概述

  蝶阀多用于各种流体介质的输送管道,起着调节和截断介质的作用。蝶阀性能对流体的输送起着至关重要的作用,而对其流场的分析是研究蝶阀性能的基础。蝶阀流场的实际流动情况比较复杂,例如阀门迅速启闭、压力不稳或遇到障碍等都会导致介质速度突变或渐变。本文利用FLUENT 软件先分析蝶阀在稳态下的流动性能,在此基础上考虑速度突变的情况,对蝶阀瞬态流场进行分析,了解其内部流场的详细情况,作为流场在速度复杂变化情况下的分析基础,以指导蝶阀的设计,改善其流动状况。

  2、基本计算方程

  对于所有流动,都需要求解质量和动量守恒方程,若流动中还包含传热或可压性流动,需要增加能量守恒方程。对于湍流问题,还需要选择求解相应的湍流模型。

  2.1、连续性方程

  连续性方程即质量守恒方程。任何流动问题都必须满足质量守恒定律。连续性方程是基于流场中质点尺寸的微元体所建立的质量守恒微分方程。流动的连续性方程为

蝶阀稳态与突变流场特性分析

  5、结语

  (1) 对比不同开度的稳态流场,开度增加引起流道变宽,流体对过流处冲击减小,速度及压力最大值均将减小,而且流动的不均匀性减弱,压力分布越均匀,能量损失越小。

  (2) 当速度突然增加后,压力迅速变化,整个流场速度也随之变化。整个变化过程内,无论压力还是速度都出现先增后减直至稳定的过程,局部流场也有所变化。恢复原速度的过程中,压力与速度值逐渐降低直至稳定。可见这与突变过程并非单纯相反。

  (3) 当入口速度由低速突变至高速时,蝶阀流场的速度最大值及压力都会迅速增高,其峰值比高速下稳态流场的压力、速度值更大,更容易带来冲击、振动和噪声。

  (4) 当入口速度由高速突降至低速时,蝶阀流场压力会迅速降低,其谷值比低速下稳态流场的压力值更小,更容易导致气蚀现象的出现,引起局部液压冲击,影响蝶阀的性能。

  (5) 速度突变后,蝶阀流场回复稳定的快慢与开度的大小有关。开度越大,回复稳定的速度越快。

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