蝶阀内部流场分析报告

武汉大学科研项目研究报告动力与机械学院二○一〇年十月-1--2-4谢谢阅读5精品文档放心下载6感谢阅读8精品文档放心下载9谢谢阅读-3-阀门是一种通用性很强的流体机械。是流体工程系统中调节和控制流体，以感谢阅读精品文档放心下载谢谢阅读谢谢阅读感谢阅读数。蝶阀（图1）是一种常见的阀门，主要用于截断或接通介质流，在某些特殊谢谢阅读感谢阅读外形尺寸小，重量轻，适合较大口径；开启力小，开关较快；有调节性能，但不感谢阅读精确。图1蝶阀的流阻特性等相关特性以往主要通过实验求得，随着计算流体力学和谢谢阅读精品文档放心下载精品文档放心下载感谢阅读导蝶阀的设计、改善其流动状况、减小流动阻力具有重要意义。精品文档放心下载-4-精品文档放心下载流面积大；阀轴采用半轴形式，用楔销与阀板连结，牢固可靠；轴端密封采用自精品文档放心下载感谢阅读轴承，具有承载能力强，耐磨性好，摩擦阻力小等优点；主密封采用实心橡胶密感谢阅读精品文档放心下载谢谢阅读封性，密封效果好；同时，阀体短小，节省安装空间。图2二、CFD近几十年来计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics－CFD)的迅猛精品文档放心下载CFD被广泛地应用在科学研究和工程实践中。使感谢阅读应用CFD精品文档放心下载精品文档放心下载CFD的发展水平和生产应用谢谢阅读精品文档放心下载性是完全可以满足生产实际的要求的。感谢阅读-5-现有流动理论的商用CFD谢谢阅读放出来，以更多的精力投入到考虑所计算的流动问题的物理本质、问题的提法、谢谢阅读边界（初值）条件和计算结果的合理解释等重要方面。这里我们采用的是Ansys精品文档放心下载公司的商用CFD软件。FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD大型软精品文档放心下载件包，在美国的市场占有率为60%。举凡跟流体，热传递及化学反应等有关的工精品文档放心下载感谢阅读FLUENT是基于有限体积法的软件，可以计算的物理问题类型有：定常与非定常谢谢阅读流动，不可压缩与可压缩流动，含有粒子╱液滴的蒸发、燃烧过程，多组分介质谢谢阅读的化学反应过程等。在利用FLUENT软件进行流体流动模拟计算时，先利用Pro/E进行流动区域精品文档放心下载几何形状的构建，在利用Gambit生成模型的边界类型以及网格，并输出用于感谢阅读FLUENT求解器计算的格式，然后应用FLUENT求解器对流动区域进行求解计算，谢谢阅读并进行计算结果的后处理。图3精品文档放心下载谢谢阅读-6-学的基本方程组。k-ε湍感谢阅读流模型时，描述泵站进出水流道内的定常不可压缩流动的方程如下：谢谢阅读连续方程：uxi0i动量方程：ujuxijfi1p[(vxxtijuu)()]jixxjiukk[(t)]Pixxxr紊动能k方程：iiki紊动能耗散率ε方程：u)]CPixxxk1triii)C2x（i=1,2,3u（i=1,2,3）为沿i方向精品文档放心下载ii的速度分量，fi为沿i方向的质量力，p为压力（实际上为压强，本文从工程习ρνPr为紊动能生成率，其感谢阅读表达式为：Prtux(iju)jxiuxij式中：νt──为涡粘性系数，可采用下式进行计算：tCk2k模型中经验常数的取值如表1所示。cc1c2k0.091.441.921.01.3表1k（2）流场出口：在此只考虑在流道内的流动，而且在流道出口处水流一般感谢阅读-7-精品文档放心下载精品文档放心下载外，还有：uvwK

0感谢阅读nnnnn（3）固壁边界：在固壁上采用无滑移条件，有速度u=v=w=0，且因本次计感谢阅读算主要考虑局部损失，则固壁处的摩阻流速不计。计算模型：1、取阀体以及阀体前后两段管道为计算区域，使用分块网格划分，感谢阅读其中管道采用结构化网格化分，阀体采用非结构网格划分；感谢阅读2谢谢阅读运用基于各向同性涡粘性理论的k-ε双方程模式进行计算；谢谢阅读3、采用求解压力耦合方程的半隐式SIMPLEC算法；感谢阅读4、进口处边界条件为速度进口，出口处为压力出口。其中计算简图如下：图4-8-图5图6（a）等压图-9-图6（b）等速图图6（c）速度矢量图图6度图7（a）等压图-10-图7（b）等速图图7（c）速度矢量图图7度图8（a）等压图-11-图8（b）等速图图8（c）速度矢量图图8度图9（a）等压图-12-图9（b）等速图图9（c）速度矢量图图9)x-y平面形成了较大的回流感谢阅读精品文档放心下载感谢阅读缩小当开度达到50度时，水流绕过蝶板边缘后发生分离，在对称面的左、右方感谢阅读谢谢阅读精品文档放心下载渐消失。-13-过阀损失系数根据过阀流量Qhw及直管沿程水头损失hf，得出过阀损失系数：2ghjV2VQD)hfLv2D2ghj＝hw－hf其中为直管沿程损失系数；D为直管管径；L为测压环管到阀门法兰之间的距离。hf0.110044根据经验公式取=0.3，则：hf0.110044阀进口给定流速V＝2m/s，f2ghjV2f4.9hj(9)400350300数250系失200损阀150过1005000.20.30.40.50.60.70.80.91感谢阅读阀门相对开度图-14-ξ≈0.31h0.06444m感谢阅读阀门固有流量特性感谢阅读谢谢阅读差为100kPam3/h谢谢阅读计算公式如下：CQp式中C—阀门固有流量特性m3/3600；Q—经过阀门的流量值。单位为m3/h；ρ—流体密度，本系统所用流体为水，ρ=1；Δρ—阀门两端的压力差，单位为100kPa。7000060000数系量流门阀500004000030000200001000000.20.30.40.50.60.70.80.91感谢阅读阀门相对开度图阀门无量纲开度方程（8）两边同乘阀前管道的横截面面积A即可得过阀流量：谢谢阅读QfA2Hf-15-C精品文档放心下载f可用如下算式来定量分析过阀流量：Q）CHfff由（12）式，便可以得到两基本特性系数之间的关系：CfA2g）令：Cf/C00/)，即阀的无量纲开度10.90.80.7度0.6开纲0.5量0.4无0.30.20.100.20.30.40.50.60.70.80.91感谢阅读阀门相对开度图阀门的气蚀系数：不同结构形式的阀门有其不同的气蚀系数，其一般的计算公式如下谢谢阅读HHH101212PVP2g）式中:H——阀后(出口)压力m1H2——大气压与其温度相对应的饱和蒸气压力之差mΔP——阀门前后的压差mδ谢谢阅读-16-大于容许气蚀系数，则说明可用，不会发生气蚀。如蝶阀容许气蚀系数为2.5，精品文档放心下载当δ>2.5，则不会发生气蚀。当2.5>δ>1.5时，会发生轻微气蚀。当δ<1.5时，产生振动。当δ<0.5的情况继续使用时，则会损伤阀门和下游配管。感谢阅读下图是出口为自由液面时的阀门气蚀系数图。706050数系蚀气门阀4030201000.20.30.40.50.60.70.80.91感谢阅读阀门相对开度图压力恢复系数阀门的形式将影响其对气蚀的敏感性，本次计算的蝶阀一般为高复原阀门。感谢阅读谢谢阅读压力恢复远大于低复原阀门。阀门的复原性可用压力恢复系数FL表示。FLP1P1P2）PvcFL越接近1.0，压力恢复越少。FL-17-图0.80.70.6数0.5系复0.4恢力0.3压0.20.100.20.30.40.50.60.70.80.91感谢阅读阀门相对开度图-18-相对开度计算总水计算局部最低压力进口压力出口压力头损失水头损失流量系数C点PP（pa）P（pa）（m/3600）vc2Ch(m)(pa)h（m）12jw12592.4750.174487-4842.130.06444366492.210.3157729.51424谢谢阅读0.890.254122-6052.960470.7059826.36303谢谢阅读0.780.45999-5705.420.34994640952.341.7147334.08284感谢阅读0.670.966034-131460.8559928258.984.1943522.61053谢谢阅读0.562.232145-31160.32.12210118590.5210.398291.65798精品文档放心下载0.44