基于SolidWorksFlowSimulation的蝶式止回閥蝶板數(shù)值仿真及結(jié)構(gòu)對(duì)比

1、 基 于 SolidWorks Flow Simulation 的蝶式止回閥蝶板 數(shù)值仿真及結(jié)構(gòu)比照2 作者: 日期:3 基于 SolidWorks Flow Simulation 的蝶式止回閥蝶板數(shù) 值仿真及結(jié)構(gòu)比照-機(jī)械制造論文 基丁 SolidWorks Flow Simulation 的蝶式止回閥蝶板數(shù)值仿真及結(jié)構(gòu)比照 撰文/鄭州市鄭蝶閥門 劉曉凱 吉兀鑫 運(yùn)用計(jì)算流體分析軟件 SolidWorks Flow Simulation ,對(duì)蝶式止回閥進(jìn) 行定常流動(dòng)數(shù)值模擬仿真，獲得閥門在不同開度下內(nèi)部流場(chǎng)的壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)。 在相同工況下，比照平板式蝶板和導(dǎo)流式蝶板對(duì)閥門內(nèi)部流場(chǎng)的壓力分布、

2、 速度 分布和速度流線圖的影響。結(jié)果說(shuō)明：在相同的工況下，導(dǎo)流式蝶板的流阻小丁 平板式蝶板、流通能力優(yōu)丁平板式蝶板；流體對(duì)導(dǎo)流式蝶板產(chǎn)生的動(dòng)水力矩大丁 平板式蝶板，使蝶板能到達(dá)更大開度，降低管網(wǎng)損耗。 一、 引言 蝶式止回閥以下簡(jiǎn)稱止回閥由丁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、流阻小且維護(hù)方 便在泵站輸水系統(tǒng)中大量應(yīng)用。在一般工業(yè)供水系統(tǒng)中，設(shè)備功率的消耗主要是 克服閥門、管件的阻力損耗。止回閥安裝在泵的出口處，蝶板的開啟由流體驅(qū)動(dòng)， 蝶板的結(jié)構(gòu)形式及開啟的角度對(duì)水泵功率的損失有直接影響。 本文運(yùn)用 SolidWorks Flow Simulation 對(duì)公稱通徑 DN800、公稱壓力 PN10 的止回閥在不同

3、開度下平板式蝶板和導(dǎo)流式蝶板的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值 仿真，通過(guò)比照分析不同結(jié)構(gòu)形式的蝶板對(duì)閥內(nèi)部流場(chǎng)的影響， 探討在設(shè)計(jì)中減 小止回閥的流阻，增大蝶板開啟角度的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，為止回閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供相應(yīng) 的依據(jù)。 二、 止回閥的結(jié)構(gòu) 4 止回閥的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，它具有兩個(gè)偏心，由圖中的 a、b 表示，其 中，a 為第一偏心，表示蝶板回轉(zhuǎn)中心與止回閥密封面之間的軸向距離； b 為 第二偏心，表示蝶板的回轉(zhuǎn)中心與閥體中線線之間的軸向距離。 由丁第二偏心的 存在，使蝶板能夠快速脫離閥座并到達(dá)最大開度。 三、止回閥內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值仿真 1. 控制方程 止回閥內(nèi)部流體流動(dòng)狀態(tài)非常復(fù)雜， 可視為湍流三元定常流動(dòng)

4、，使用不可 壓縮流動(dòng)的雷諾方程組與標(biāo)準(zhǔn) 精-&湍流模型，流動(dòng)的介質(zhì)為水，常溫 20 C。 2. 止回閥模型、初始條件及網(wǎng)格劃分 建立止回閥的三維模型， 根據(jù) GB/T308322021 閥門流量系數(shù)和流阻 系數(shù)試驗(yàn)方法的規(guī)定，取止回閥的閥前管道長(zhǎng)度 L1=5D D 為管道直徑，閥 后管道長(zhǎng)度 L2=10D，作為流體計(jì)算區(qū)域。采用速度進(jìn)口邊界條件 V=2m/s 和 自由出口邊界條件，忽略重力對(duì)流場(chǎng)的影響。采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有限體積法對(duì)控制方 程組進(jìn)行離散，在計(jì)算過(guò)程中，運(yùn)用自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整使其更準(zhǔn)確 的模擬流動(dòng)。兩種蝶板的三維模型如圖 2 所示，流場(chǎng)計(jì)算域如圖 3 所示。 囹；.1

5、 巨曙挈明 6 -i彳汗訪阿 s ；3.由 4 心 14.? 3. 7 I1.B E -.7 g 1.9 B 25 C.fl 恥1 20 8 由表可以看出，平板式蝶板和導(dǎo)流式蝶板相比，在蝶板開度小丁 30。的情 況下，導(dǎo)流式蝶板的流阻大丁平板式蝶板； 隨著閥門開度的增加，當(dāng)?shù)彘_度大 于40 時(shí)導(dǎo)流式蝶板的流阻小丁平板式蝶板，流阻最大減小幅度到達(dá)了 23.5% , 流通能力優(yōu)丁平板式蝶板。止回閥在工作中蝶板都處在大開度的位置， 因此，導(dǎo) 流式蝶板的節(jié)能效果優(yōu)丁平板式蝶板。 4. 動(dòng)水力矩 Td 動(dòng)水力矩是止回閥設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)，在泵的揚(yáng)程和流量不變的情況 下，作用在蝶板上的動(dòng)水力矩越大，止回

6、閥的開啟角度越大，流阻越小。通過(guò)計(jì) 算兩種結(jié)構(gòu)形式蝶板不同開度下的動(dòng)水力矩，得出止回閥的最大開度。動(dòng)水力矩 Td 為： 時(shí) j X k沖春基不耳產(chǎn)度下的*場(chǎng)月布匿 9 - 式中，Td為動(dòng)水力矩，N - m；Cm為動(dòng)水力矩系數(shù)，無(wú)量綱常數(shù)； p為 壓力損失，水流經(jīng)閥門的壓力降，Pa； D 為閥門公稱通徑，m。 在 SolidWorks Flow Simulation 求解目標(biāo)中，插入外表目標(biāo)，在“選 擇對(duì)話框中選擇蝶板的所有外外表，在“參數(shù)對(duì)話框中選擇“扭矩 坐標(biāo) 軸 ，在“結(jié)果的“目標(biāo)圖中得到流體對(duì)蝶板的動(dòng)水力矩。 蝶板在不同開度下，兩種不同結(jié)構(gòu)形式蝶板的止回閥動(dòng)水力矩如圖 5 中 所示。 從

7、圖 5 中可以看出，兩種結(jié)構(gòu)形式的蝶板從關(guān)閉到開啟的過(guò)程中，動(dòng)水 力矩呈單調(diào)遞減的規(guī)律，在小開度的情況下，由丁蝶板上下面壓差很大，對(duì)蝶板 產(chǎn)生的動(dòng)水力矩也就很大，隨著角度的逐漸增大，蝶板的上下面壓差逐漸減小， 在蝶板全開 90。時(shí)最小。在蝶板的不同開啟角度，流體對(duì)導(dǎo)流式蝶板產(chǎn)生的動(dòng)水 力矩大丁平板式蝶板，這是因?yàn)閷?dǎo)流式蝶板的剖面為翼型， 蝶板背部的導(dǎo)流體比 較突出，流通截面比平板式蝶板小，流速快，壓力低，相比平板式蝶板能產(chǎn)生更 大的動(dòng)水力矩。 MiA MW . - - 5 4 m . - .pn - - t bKim . I - - . i L I I L * A WV. I sw. 4W0- - * . - W ft *0 f I 瑪5兩種 K 厄坤裕遷式f 五、結(jié)語(yǔ) 通過(guò)分析上述兩種不同結(jié)構(gòu)形式在不同開度下的內(nèi)部流場(chǎng)， 可以得出兩個(gè) 結(jié)論10 (1)在止回閥蝶板開度大丁 40 時(shí)，導(dǎo)流式蝶板的過(guò)流特性優(yōu)丁平板式 蝶板，流體流經(jīng)導(dǎo)流式蝶板后產(chǎn)生的漩渦少， 對(duì)流體擾動(dòng)小，流阻系數(shù)小丁單平 板蝶板。 (2