蝶閥流動特性的數(shù)值模擬及分析

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1、萬方數(shù)據(jù)2008年第36卷第05期流體機(jī)械文章編號：1005---0329(2008)05----0025--05蝶閥流動特性的數(shù)值模擬及分析宋學(xué)官，汪林。姜正浩。樸榮哲(東亞大學(xué)，韓國釜山604—714)摘要：應(yīng)用專業(yè)流體分析軟件CFX對蝶閥中的流體進(jìn)行了三維模擬分析，并在閥盤處于不同的開啟度(即閥盤的開啟角度)下，研究了閥門的流動特性如流量系數(shù)、水力扭矩系數(shù)、空化系數(shù)等。通過經(jīng)驗(yàn)值和模擬值的比較，驗(yàn)證了計(jì)算機(jī)模擬研究的有效性。關(guān)鍵詞：蝶閥；數(shù)值模擬；流量系數(shù)；水力扭矩系數(shù)；空化系數(shù)中圖分類號：TK037文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ANumericalAnalysisofF

2、lowCharacteristicsofButterflyValve-predictionSONGXue-guan，WANGLin，JunghoKang，YoungChalPark，(Dong·AUniversity，840Hadan—dong，Saha-gu，Busan，SouthKorea，604-714)Abstract：Three-dimensionalnumeficMsimulationsbycommercialcodeCFXwereconductedtoobservetheflowpatternsandtomeasur_evalveflowcoef

3、ficient，hydrodynamictorquecoefficientandcavitationcoefficientwhenbutterflyvalvewithvariousopen-ingdegreesanduniformincomingvelocitywereusedinapipingsystem．Bycontrast，agroupofexperimentaldataisusedtocomparewiththedataobtainedbyCFXsimulationtoinvestigatethevalidityofnumericalmethod．Ke

4、ywords：butterflyvalve；numericalsimulation；flowcoefficient；hydrodynamictorquecoefficient；cavitationcoefficient1前言在目前的管道系統(tǒng)中，蝶閥應(yīng)用越來越廣，其重要性正在不斷的增加，因此世界上有很多學(xué)者對蝶閥的流動特性進(jìn)行了研究。例如：Kerl等曾對蝶閥的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析¨J，Sarpkara從理論上研究了蝶閥的流動特性心]，KimuraandTana．ka從理論上研究了蝶閥的壓力損失特性”J。計(jì)算流體力學(xué)(CFD)是以計(jì)算機(jī)作為模擬手段，運(yùn)用一定的計(jì)算技

5、術(shù)尋求流體力學(xué)各種復(fù)雜問題的離散化數(shù)值解，其研究方法包括理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)越來越多的應(yīng)用在主流的科學(xué)研究和工業(yè)界產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析中。這方面也有很多研究論文。HuangandKim使用三維數(shù)值模擬技術(shù)分析了在蝶閥內(nèi)部的不可壓縮的流體的流動狀況【4J，并給出了分析后的速度場圖和應(yīng)力分收稿日期：2007一兒—30修稿日期：2008珈l—04基金項(xiàng)目：韓國政府部門主導(dǎo)的區(qū)域科技創(chuàng)新項(xiàng)目(RTIOzI-01—03)布圖。LinandSchohl分析了CFD在蝶閥領(lǐng)域的應(yīng)用∞j。ChernandWang運(yùn)用CFD軟件STAR—

6、CDTM分析了在球閥中流動的流體并模擬得出了球閥的相關(guān)系數(shù)∞j。本文的主要內(nèi)容是運(yùn)用專業(yè)軟件ANSYSCFX10．0來分析一個(gè)蝶閥的流動模型，該模型可以精確的顯示流動狀態(tài)，并估算壓力損失、流量系數(shù)、水力扭矩系數(shù)和空化系數(shù)，這通常是閥門優(yōu)化設(shè)計(jì)的第一步。2流動特性參數(shù)2．1流量系數(shù)C。流量系數(shù)C，表示在閥門打開一定的角度時(shí)閥門的壓力損失和單位流量的關(guān)系。實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)閥門的c／∥值大于20時(shí)，必須考慮流體流動時(shí)與管道的摩擦對壓力損失的影響。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)萬方數(shù)據(jù)FLUIDMACHINERYV01．36，No．05，2008和估算，絕大多數(shù)的水閥門(包括本文分析的閥門)

7、的C／d2值大于20。因此考慮了摩擦影響的壓力損失計(jì)算公式為：鞏=APIsa-0．008986Ss，手(1)所以，實(shí)際的C，計(jì)算公式為：cfQ／[孥-o．00898鰍加∽(2)式中△P腳——理論壓力損失，PaAP?！獙?shí)際壓力損失，PaQ——單位流量，g／mS，——流體的比重(水的比重為1)卜摩擦系數(shù)扣閥門直徑，m2．2水力扭矩系數(shù)C，水力扭矩T(Ot)表示在閥門打開一定角度Ot時(shí)流體從閥門經(jīng)過作用在閥門軸上的扭矩大小。水力扭矩系數(shù)C，是一個(gè)與閥門大小無關(guān)的系數(shù)。C，，T(a)，壓力損失△P。和閥門直徑之間的關(guān)系：cr=囂㈤2．3空化系數(shù)盯當(dāng)流體通過控制閥節(jié)流

8、后，如果流體的靜壓降低到低于該液體的飽