COSMOSFloWorks在波纹管截止阀流场分析中的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)上海华谊集团技术研究院 作者:费利江

  介绍了以COSMOSFloWorks 软件进行流场分析的原理。通过对波纹管阀不同开度下的流场分析, 寻求阀门薄弱环节, 从而为波纹管阀结构优化设计提供依据。

  目前, 随着安全环保节能减排要求的不断提高, 在易燃、易爆及有毒有害产品生产过程中, 对其密封性要求更加严格。波纹密封阀门可很好地解决跑、冒、滴、漏等问题。但波纹密封阀由于受自身弹性限制, 其开启高度具有一定局限性, 开启过高会影响阀门使用寿命。因此, 研究其力学性能来提高阀门的可靠性和使用寿命已成为必要。阀门的可靠性和使用寿命很难控制, 过去对其只能用试验来判断, 无法用理论进行描述。随着计算机技术的迅猛发展和有限元分析的不断深入, 国外开发了许多流体有限元分析软件, 如ANSYS、Fluent、COSMOSFloWorks 等, 这给阀门结构设计的优化提供了一种新的途径。

1、有限元分析和流动模拟

  COSMOSFloWorks 软件是基于先进的计算流体动力学(CFD) 技术的一种分析软件, 它不仅能对流体进行二维和三维分析, 稳态和瞬态流分析, 对层流、湍流及过渡流分析都适合。该软件使用方便, 简单易学, 并且精度很高。因此, 本文对波纹管截止阀采用Solideworks 建立三维分析模型,利用Solidworks公司的COSMOSFloWorks 软件对流道内流体进行有限元分析和流动状态模拟。COSMOSFloWorks 有限元分析是在流动基本方程(质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程) 的控制下对流动的数值模拟。其数学模型为:

有限元分析和流动模拟

  根据以上图显示, 流速在2 m/s 以下时, 开启高度2 mm 与开启高度1 mm 的流动状况差别不大,其速度最大点也不在阀芯处, 因此, 流体对阀芯的冲刷力不是很大。而开启高度为0.5 mm 时, 由于阀芯与密封面之间空隙较小, 所以其压差较大, 从而使得流速在阀芯靠近出口面处较大, 达到12.9m/s, 该处也因此而容易失效, 导致内泄漏。因此,在设计时应尽量考虑流速过大对阀芯的影响, 以提高阀门的使用寿命。此外, 物料输送时应尽量保持阀门开启高度为1 mm 左右, 以延长阀的使用寿命。

2、结论

  通过对波纹管截止阀流道的动力学模拟分析,研究了不同开启高度条件下阀门内压力、流速的分布情况, 分析了阀门易失效点, 这对阀门结构的优化设计具有参考意义, 有利于提高阀门的使用寿命。

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