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V型球閥調(diào)節(jié)性能和流動(dòng)特性三維解析

發(fā)表時(shí)間：2022-6-26, 編寫人:上海川滬閥門有限公司

1. V型球閥模型

圖1：V型球閥的三維結(jié)構(gòu)示意圖

以DN50可拆式V型球閥為對象開展研究，圖1是V型球閥的三維結(jié)構(gòu)示意圖。電動(dòng)執(zhí)行器與閥桿相連接，給電動(dòng)執(zhí)行器通電后，閥桿隨著電動(dòng)執(zhí)行器轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)閥芯運(yùn)動(dòng)。閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)改變了V型球閥的流通面積，從而實(shí)現(xiàn)了V型球閥的調(diào)控功能。錐角是閥芯的主要特征結(jié)構(gòu)，因此，設(shè)計(jì)加工了閥芯為錐角截流形狀的V型球閥（見圖2），并分別對錐角為30°、45°、60°、75°和90°V型球閥的調(diào)節(jié)性能和內(nèi)部流動(dòng)特性進(jìn)行了對比分析。

圖2：閥芯結(jié)構(gòu)示意圖

2．計(jì)算區(qū)域三維建模

在建模階段，首先對V型球閥實(shí)體進(jìn)行測繪，獲得各個(gè)零部件的實(shí)際尺寸，然后利用Solidworks對V型球閥及閥門前后流道進(jìn)行建模。將閥門前后流道分別延伸10倍閥門口徑，以保證來流的充分發(fā)展及計(jì)算的準(zhǔn)確性。圖3所示為數(shù)值計(jì)算流道三維示意圖。與前文類似，V型球閥的計(jì)算區(qū)域同樣分為閥門進(jìn)口前流道、閥門出口后流道、閥芯流道和間隙流道4個(gè)部分。

圖3：V型球閥數(shù)值計(jì)算流道三維示意圖

3．網(wǎng)格劃分

利用ICEM軟件對V型球閥的閥前、閥后、閥芯和閥門間隙4個(gè)流域分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并對V型球閥的閥芯和閥門間隙處進(jìn)行網(wǎng)格加密處理。為了驗(yàn)證計(jì)算網(wǎng)格的合理性，將流體區(qū)域網(wǎng)格分別劃分成150萬、200萬、250萬、300萬、350萬、400萬及450萬，并開展數(shù)值計(jì)算。圖4所示為閥門流量系數(shù)和阻力系數(shù)隨網(wǎng)格的變化規(guī)律。由圖中可知，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量大于300萬時(shí)，流量系數(shù)和阻力系數(shù)基本不隨網(wǎng)格的增加發(fā)生變化。因此，后續(xù)計(jì)算將按350萬網(wǎng)格數(shù)開展。

圖4：網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證

采用Realable k-ε湍流模型對閥門內(nèi)部湍流場進(jìn)行計(jì)算，壁面函數(shù)選用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。進(jìn)出口邊界條件根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置。同時(shí)采用滑移網(wǎng)格技術(shù)對球閥瞬態(tài)調(diào)控過程進(jìn)行數(shù)值模擬。