调节阀内部流场数值模拟及能量损失分析.pdfVIP

维普资讯 能源研究与信息 第 24卷 第 3期 EnergyResearchandInformation Vo1．24 No．3 2008 文章编号： 1008—8857(2008)03—0167-05 调节阀内部流场数值模拟及能量损失分析 周碧池，李 春，李沈坚 (上海理工大学 动力工程学院，上海 200093) 摘 要：针对小流量单座调节阀，首先应用三维建模软件对其该阀进行实体建模与造型，其 次基于计算流体力学技术对阀门内部三维粘性流场进行数值模拟 ，从而获得了调节阀的流动 特性参数，并对数值模拟计算结果进行了分析，得到了调 节阀流道 内能量损失的原因，最后 以降低流动损失为 目的，对能量损失严重的部位进行流道优化，并对优化后流道进行模拟计 算。计算结果表明，与优化前的流道相比较，在满足原有调节性能的同时流动得到改善 ，能 量损失明显降低。 关键词：调节阀；损失；优化设计；计算流体力学 中图分类号：TH138 文献标识码：A 调节阀又称为控制阀，是过程控制系统中由动力操作而改变介质流量的装置，其主要功 能是调节流量。调节阀在控制系统 中是必不可少的，它是组成工业 自动化系统的重要环节，被 称为生产过程 自动化的 “手脚”。作为过程控制系统中的终端元件，一方面，随着 自动化程度 的不断提高，已日益广泛地应用于冶金、电力、化工、石油、轻纺、造纸、建材等工业部门中。 另一方面，调节阀又是工业 自动化仪表中使用问题最多的产品，如可靠性差，阀体笨重，种类 繁多等，也是更新换代最慢的产品。迄今，仍以五六十年代水平的产品如单座阀、双座阀、套 筒阀等为主导产品(约占70％左右)，产品陈旧落后。调节阀是通过对介质 (一般为流体或气体) 的节流以达到流量调节的作用，是当然的耗能设备。随着世界性能源危机，调节阀的节能问题 目益引起人们的重视。在其实现调节功能的同时还要节能。因此，提高能源的利用率，节能、 环保、智能化、标准化、精小化等成为调节阀发展的主要方向f1】。 随着电子计算机和计算流体力学 (CFD—ComputationalFluidDynamics)的迅猛发展，CFD 数值模拟的优越性越来越明显，己逐渐成为工程设计的一个很重要的辅助手段。通过CFD在 产品设计中的应用可使产品的结构设计更趋于合理。近年来，在阀门设计中CFD数值模拟也 得到应用 qJ，本文正是旨在降低调节阀阀内流场的能量损失，通过数值模拟方法对调节阀进 行优化设计。 收稿 日期：2008-05-06 作者简介：周碧池 (i985一)，男(汉)，硕士研究生，Zhoubichi@hotmail．COm。 维普资讯 能源研究与信息 2008年 第24卷 l 计算模型及边界条件 1．1 控制方程 阀门内部流场为三维粘性不可压流体，在恒定流条件下，控制方程采用三维直角坐标下 的Ⅳ 方程，即能量方程其形式如下 dg／ = 罢+．32u+32u+32u．一 詈=一考+．(32v+b2v+b2v． 警=一警+c++ 连续性方程为 ’ a 3v 3w + +_ =0‘ av az 1．2 计算方法及边界条件 本文所求解的基本方程是三维不可压Ⅳ 方程，湍流模型采用标准 一 模型，临近固壁 的区域采用标准壁面函数处理，离散方程的求解方法采用非结构网格上的 SIMPLE算法，速 度压力场采用隐式的全场迭代解法 。边界条件规定进 口总压力与出口压力。 2 几何模型及网格划分 2．1 调节阀三维实体建模