基于SolidWorksFlowSimulation的蝶式止回閥蝶板數值仿真及結構對比

1、基 于 SolidWorks FlowSimulation 的蝶式止回閥蝶板數值仿真及結構對比基于SolidWorks Flow Simulation的蝶式止回閥蝶板數值仿真及結構對比-機械制造論文作者:日期:基于SolidWorks Flow Simulation的蝶式止回閥蝶板數值仿真及結構對比撰文/鄭州市鄭蝶閥門有限公司 劉曉凱 吉兀鑫運用計算流體分析軟件SolidWorks Flow Simulation，對蝶式止回閥進行定常流動數值模擬仿真，獲得閥門在不同開度下內部流場的壓力場和速度場。在相同工況下，對比平板式蝶板和導流式蝶板對閥門內部流場的壓力分布、速度分布和速度流線圖的影響。結果

2、表明：在相同的工況下，導流式蝶板的流阻小于 平板式蝶板、流通能力優(yōu)于平板式蝶板；流體對導流式蝶板產生的動水力矩大于 平板式蝶板，使蝶板能達到更大開度，降低管網損耗。一、引言蝶式止回閥（以下簡稱止回閥）由于結構簡單、重量輕、流阻小且維護方便在泵站輸水系統(tǒng)中大量應用。在一般工業(yè)供水系統(tǒng)中，設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動， 蝶板的結構形式及開啟的角度對水泵功率的損失有直接影響。本文運用SolidWorks Flow Simulation對公稱通徑 DN800、公稱壓力PN10的止回閥在不同開度下平板式蝶板和導流式蝶板的內部流場進行了數值

3、仿真，通過對比分析不同結構形式的蝶板對閥內部流場的影響，探討在設計中減小止回閥的流阻，增大蝶板開啟角度的最優(yōu)結構，為止回閥的優(yōu)化設計提供相應 的依據。二、止回閥的結構止回閥的結構如圖1所示，它具有兩個偏心，由圖中的 a、b表示，其3中，a為第一偏心，表示蝶板回轉中心與止回閥密封面之間的軸向距離；b為第二偏心，表示蝶板的回轉中心與閥體中線線之間的軸向距離。由于第二偏心的存在，使蝶板能夠快速脫離閥座并達到最大開度。三、止回閥內部流場的數值仿真1. 控制方程止回閥內部流體流動狀態(tài)非常復雜， 可視為湍流三元定常流動，使用不可 壓縮流動的雷諾方程組與標準 k- &湍流模型，流動的介質為水，常溫 20 C

4、。2. 止回閥模型、初始條件及網格劃分建立止回閥的三維模型， 根據“ GB/T308322014閥門流量系數和流阻 系數試驗方法”的規(guī)定，取止回閥的閥前管道長度L仁5D （D為管道直徑），閥 后管道長度L2=10D，作為流體計算區(qū)域。采用速度進口邊界條件 V=2m/s和 自由出口邊界條件，忽略重力對流場的影響。采用結構網格有限體積法對控制方 程組進行離散，在計算過程中，運用自適應網格技術對流場進行調整使其更準確 的模擬流動。兩種蝶板的三維模型如圖 2所示，流場計算域如圖3所示。開；十叵氐躬主閃ffi7更科曠-帶輕霊.“知-I弓訝庁s 浹 w iw m四、止回閥內部流場數值仿真及結果分析通過對兩

5、種結構形式蝶板在不同開度下內部流場的數值仿真， 得到相應的 壓力場分布圖、流場分布圖和流線分布圖。圖 4為兩種結構形式的蝶板在30 60 和90。開度下壓力場的分布圖。1.平板式蝶板內部流場分析平板式蝶板的內部流場如圖 4所示，蝶板開度為30。時，蝶板前后側壓 力分布不均勻，管道平均流速很小，由于鈍體擾流作用，蝶板軸轂背水面開始產 生漩渦；在蝶板開度為60。時，蝶板前后側壓力逐漸平穩(wěn)，流速明顯減小，低壓 區(qū)域主要集中在蝶板軸轂背水面， 并形成漩渦，對蝶板產生較大的擾動；在蝶板 開度為90。時，蝶板前后側壓力分布比較均勻，由于蝶板軸轂對流體的阻礙，軸 轂迎水面壓力大，流速低，軸轂和閥體之間的狹窄

6、通道流速最大，壓力最小，軸 轂背水面壓力逐漸升高使流體獲得與主流反向的加速度，由于流體的逆向運動， 在蝶板背部產生漩渦，消耗流體的機械能，增大阻力損失。導流式蝶板的內部流場如圖 4所示，蝶板開度為30。時，蝶板上游側和 下游側壓差很大，管道平均流速很小，蝶板邊緣和閥體的狹小通道流速很大， 由 于導流體的導流作用，蝶板背部沒有產生漩渦，導流體背水面流態(tài)比平板式蝶板 軸轂背水面平穩(wěn)；在蝶板開度為 60。時，蝶板前后側壓力逐漸平穩(wěn)，流體流過導 流體后，蝶板上下游側壓力變化不大，流速相對平穩(wěn)，沒有產生漩渦；在蝶板開 度為90。時，壓力和速度分布均勻，流態(tài)平穩(wěn)，導流體的迎水面和背水面壓力差 很小，流速平穩(wěn)，沒有漩渦的形成，阻力損失比平板式蝶板小。3. 流阻系數Z流阻系數表征閥門的流通能力，流阻系數越小，流經閥門時的壓力損失越 小，管網消耗的功率也越小，流阻系數 Z為：蝶板不同開度下，兩種不同結構形式蝶板的止回閥流阻系數如表所示*豈=盡司里叫號式的懊料jg迫岸is耳比,樂種站叫F式亍*莎丈審十五、結語通過分析上述兩種不同結構形式在不同開度下的內部流場，可以得出兩個結論(1)在止回閥蝶板開度大于 40。時，導流式蝶板的過流特性優(yōu)于平板式蝶板，流體流經導流式蝶板后產生的漩渦少， 對流體擾動小，流阻系數小于單平 板蝶板。(2)在蝶板的