节流阀流通特性分析-德国莱克LIK品牌

发布时间：2022-12-29

１　概述节流阀是通过调节节流面积，将进口压力或流量减至需要的出口压力或流量，并依靠介质本身的能量使出口参数稳定在规定状态的装置。从流体力学分析，节流阀是通过改变节流面积，使流速及流体的动能变化，造成不同的压力损失，从而达到改变内部流体特性的目的。阀门实际设计过程中，其结构根据工况条件变化。传统设计时，依靠经验公式验证阀门流量和压差等参数，误差较大。若在设计初期对节流阀流量和压差用数值模拟的方法进行分析，会在降低生产成本，缩短研究周期的条件下使所设计的产品结构得到更全面验证。

２　流量特性数值分析原理流体计算基于欧拉坐标系。在欧拉坐标系中，计算空间与网格节点保持固定，因此在利用ＣＦＤ计算流体问题时，要考虑区域中部件的变形或运动，需要通过动网格的手段解决。在运动方式描述中由于速度是可以求解的量，因此在定义部件运动时常用速度进行表达。根据伯努利方程，流体在等高流动时，流速大，压力就小。

式中　Ｐ———流体某点压强，Ｐａρ———流体密度，ｋｇ／ｍ３
ｇ———重力加速度，ｍ／ｓ２ｈ———某点高度，ｍｖ———流体某点流速，ｍ／ｓ由于伯努利方程是由机械能量守恒推导的，所以适用于粘度可以忽略不可压缩的理想流体。
３　流阻系数数值模拟路线
３１　模型前处理

节流阀设计温度１００℃，设计压力１０ＭＰａ，公称通径ＤＮ３２，材料为Ｆ３２１，阀瓣的开启速度为１４２５ｍｍ／ｓ。数值模拟采用Ｆｌｕｅｎｔ流体分析软件，以实际工况为准，根据流体分布的理论进行前处理。为解算方便，去除对计算结果影响较小的零件（图１）。
３２　条件设定
考虑各物体几何形状和变形梯度的准确描述，采用二维全四边形进行网格划分，控制单元最大尺寸为１ｍｍ，划分后网格倾斜度为０９５（图２）。设定湍流模型的介质为水，进口流速为１ｍ／ｓ，出口压力为１００ｋＰａ，命名阀瓣为ｍｏｖｅ并写入一个ｐｒｏｆｉｌｅ文件，用于限制阀瓣开启速度。
（（ｍｏｖｅｔｒａｎｓｉｅｎｔ１００）（ｔｉｍｅ０１２３４５６７８９１０）（ｖ＿ｙ０－１４２５－１４２５－１４２５－１４２５－１４２５－１４２５－１４２５－１４２５－１４２５－１４２５））
程序定义从０～１０ｓ的时间点，每个时间点有相应关闭速度。因阀瓣是匀速关闭，所以每个时间点的速度都为１４２５ｍｍ／ｓ。经过网格重构，当部件产生运动后，程序检测部件运动对于初始网格的影响，并对运动后的网格进行重新划分，以确保网格质量能够满足要求。动网格的初始运行显示，阀瓣关闭过程中，网格运行正常，无负网格的出现，可进行下一步计算。设置其他表面为壁面，初始化后进行解算

４　计算分析
经解算得出不同时间节点下的流体速度分布，在时间为０ｓ、５ｓ和９９ｓ时（图３），流体进出口存在一定压力损失，管径和管向突变处压力变化较明显，阀座周围出现回流，形成漩涡，造成该区域流速较低，介质压力和流速不稳定，此处是介质受到阻碍最严重的区域。由于水的粘度作用边界层流体的流速很低，在阀座出口至阀门出口端区域没有流体滞留，介质流动很通畅，压力逐渐降低，流速也趋于平稳。

（ａ）０ｓ　（ｂ）５ｓ　（ｃ）９９ｓ

图３　流体速度分布
５　结语
阀门内部流场特性不便于观察，利用ｆｌｕｅｎｔ动网格技术模拟流场形状由于边界运动而随时间改变的状态，可基本掌握节流阀在开启或关闭随时间变化过程中流量特性，为阀门新产品缩短研制周期，降低生产成本，优化结构，提供了理论支撑。

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