1、電動(dòng)偏心半球閥概述
閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)流體通過閥門時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓差，并成為影響管道局部水頭損失的主要因素。在閥門設(shè)計(jì)中，不僅注重結(jié)構(gòu)形態(tài)，還需要研究不同類型不同結(jié)構(gòu)閥門的內(nèi)部流場的特殊性與差異性。偏心半球閥具有開關(guān)無摩擦，密封不易磨損，啟閉力矩小等優(yōu)點(diǎn)，可以減小所配執(zhí)行器的規(guī)格。配以多回轉(zhuǎn)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對介質(zhì)的調(diào)節(jié)和嚴(yán)密切斷。因此廣泛適用于石油、化工、城市給排水等要求嚴(yán)格切斷的工況。本文通過運(yùn)用Ansys等軟件，對DN250偏心半球閥在不同開度下的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。以便為閥門安全與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。
2、電動(dòng)偏心半球閥計(jì)算流程
2.1、物理模型
使用SolidWorks2014 三維軟件，按照1: 1的比例分別構(gòu)建偏心半球閥的所有組成部件的物理模型，利用SolidWorks中的裝配體版塊，給部件添加幾何關(guān)系、約束，以便組成偏心半球閥真實(shí)的物理模型
2.2、結(jié)構(gòu)簡化及網(wǎng)格化分
在閥門前后添加進(jìn)口管道和出口管道。為了便于使用Ansys 中的Fluent 進(jìn)行分析計(jì)算，對偏心半球閥的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并適當(dāng)簡化流動(dòng)區(qū)域中的圓角和倒角，以加快計(jì)算的收斂率。由于閥前閥后幾何形狀簡單都為圓柱體，而閥體腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且閥芯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以，在使用ICEM 劃分網(wǎng)格時(shí)，對于閥前后的兩段圓柱體流域劃分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，而對中間的復(fù)雜區(qū)域劃分自適應(yīng)性比較好的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分的方法不同，需要在兩種網(wǎng)格交界處建立交界面，即interface1 和interface2
2.3、分析方法
閥門內(nèi)部為湍流，因此設(shè)置湍流模型為具有平衡壁面函數(shù)的k -ε 模型，對流項(xiàng)均采用二階迎風(fēng)差分方式進(jìn)行離散。內(nèi)部區(qū)域設(shè)置為fluid，介質(zhì)選擇為water -liquid。管道入口面設(shè)置為速度入口(velocity -inlet) ，速度矢量，沿Y 軸正向。管道出口面設(shè)置為出流(Out flow) 邊界條件。interface1 和interface2 設(shè)置為interior，其他壁面設(shè)置為wall。求解器選擇SIMPLE 算法，默認(rèn)求解控制參數(shù)。流場初始化、設(shè)置殘差監(jiān)視器、設(shè)置迭代次數(shù)進(jìn)行求解計(jì)算，500 次左右計(jì)算收斂。
3、電動(dòng)偏心半球閥計(jì)算分析
為了更好的研究偏心半電動(dòng)球閥的流場特性，計(jì)算了閥門開啟角度從10°～90°，即從微開到全開，且每隔5°計(jì)算一次。共計(jì)17 個(gè)工況。
3.1、流場分析
在用Fluent 對閥門流域進(jìn)行計(jì)算之后，為了便于更好的對比不同開度下的速度分布，統(tǒng)一設(shè)置速度云圖的最小值與最大值的范圍為0 ～6m /s。這樣可以更直觀的從顏色分布就可以看出最大速度出現(xiàn)的位置以及同一位置不同開度下的速度變化