蝶閥內(nèi)部流場分析報告

武漢大學科研項目研究報告動力與機械學院二○一〇年十月-1--2-4謝謝閱讀5精品文檔放心下載6感謝閱讀8精品文檔放心下載9謝謝閱讀-3-閥門是一種通用性很強的流體機械。是流體工程系統(tǒng)中調(diào)節(jié)和控制流體，以感謝閱讀精品文檔放心下載謝謝閱讀謝謝閱讀感謝閱讀數(shù)。蝶閥（圖1）是一種常見的閥門，主要用于截斷或接通介質(zhì)流，在某些特殊謝謝閱讀感謝閱讀外形尺寸小，重量輕，適合較大口徑；開啟力小，開關(guān)較快；有調(diào)節(jié)性能，但不感謝閱讀精確。圖1蝶閥的流阻特性等相關(guān)特性以往主要通過實驗求得，隨著計算流體力學和謝謝閱讀精品文檔放心下載精品文檔放心下載感謝閱讀導蝶閥的設(shè)計、改善其流動狀況、減小流動阻力具有重要意義。精品文檔放心下載-4-精品文檔放心下載流面積大；閥軸采用半軸形式，用楔銷與閥板連結(jié)，牢固可靠；軸端密封采用自精品文檔放心下載感謝閱讀軸承，具有承載能力強，耐磨性好，摩擦阻力小等優(yōu)點；主密封采用實心橡膠密感謝閱讀精品文檔放心下載謝謝閱讀封性，密封效果好；同時，閥體短小，節(jié)省安裝空間。圖2二、CFD近幾十年來計算流體動力學(ComputationalFluidDynamics－CFD)的迅猛精品文檔放心下載CFD被廣泛地應用在科學研究和工程實踐中。使感謝閱讀應用CFD精品文檔放心下載精品文檔放心下載CFD的發(fā)展水平和生產(chǎn)應用謝謝閱讀精品文檔放心下載性是完全可以滿足生產(chǎn)實際的要求的。感謝閱讀-5-現(xiàn)有流動理論的商用CFD謝謝閱讀放出來，以更多的精力投入到考慮所計算的流動問題的物理本質(zhì)、問題的提法、謝謝閱讀邊界（初值）條件和計算結(jié)果的合理解釋等重要方面。這里我們采用的是Ansys精品文檔放心下載公司的商用CFD軟件。FLUENT是目前國際上比較流行的商用CFD大型軟精品文檔放心下載件包，在美國的市場占有率為60%。舉凡跟流體，熱傳遞及化學反應等有關(guān)的工精品文檔放心下載感謝閱讀FLUENT是基于有限體積法的軟件，可以計算的物理問題類型有：定常與非定常謝謝閱讀流動，不可壓縮與可壓縮流動，含有粒子╱液滴的蒸發(fā)、燃燒過程，多組分介質(zhì)謝謝閱讀的化學反應過程等。在利用FLUENT軟件進行流體流動模擬計算時，先利用Pro/E進行流動區(qū)域精品文檔放心下載幾何形狀的構(gòu)建，在利用Gambit生成模型的邊界類型以及網(wǎng)格，并輸出用于感謝閱讀FLUENT求解器計算的格式，然后應用FLUENT求解器對流動區(qū)域進行求解計算，謝謝閱讀并進行計算結(jié)果的后處理。圖3精品文檔放心下載謝謝閱讀-6-學的基本方程組。k-ε湍感謝閱讀流模型時，描述泵站進出水流道內(nèi)的定常不可壓縮流動的方程如下：謝謝閱讀連續(xù)方程：uxi0i動量方程：ujuxijfi1p[(vxxtijuu)()]jixxjiukk[(t)]Pixxxr紊動能k方程：iiki紊動能耗散率ε方程：u)]CPixxxk1triii)C2x（i=1,2,3u（i=1,2,3）為沿i方向精品文檔放心下載ii的速度分量，fi為沿i方向的質(zhì)量力，p為壓力（實際上為壓強，本文從工程習ρνPr為紊動能生成率，其感謝閱讀表達式為：Prtux(iju)jxiuxij式中：νt──為渦粘性系數(shù)，可采用下式進行計算：tCk2k模型中經(jīng)驗常數(shù)的取值如表1所示。cc1c2k0.091.441.921.01.3表1k（2）流場出口：在此只考慮在流道內(nèi)的流動，而且在流道出口處水流一般感謝閱讀-7-精品文檔放心下載精品文檔放心下載外，還有：uvwK

0感謝閱讀nnnnn（3）固壁邊界：在固壁上采用無滑移條件，有速度u=v=w=0，且因本次計感謝閱讀算主要考慮局部損失，則固壁處的摩阻流速不計。計算模型：1、取閥體以及閥體前后兩段管道為計算區(qū)域，使用分塊網(wǎng)格劃分，感謝閱讀其中管道采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格化分，閥體采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分；感謝閱讀2謝謝閱讀運用基于各向同性渦粘性理論的k-ε雙方程模式進行計算；謝謝閱讀3、采用求解壓力耦合方程的半隱式SIMPLEC算法；感謝閱讀4、進口處邊界條件為速度進口，出口處為壓力出口。其中計算簡圖如下：圖4-8-圖5圖6（a）等壓圖-9-圖6（b）等速圖圖6（c）速度矢量圖圖6度圖7（a）等壓圖-10-圖7（b）等速圖圖7（c）速度矢量圖圖7度圖8（a）等壓圖-11-圖8（b）等速圖圖8（c）速度矢量圖圖8度圖9（a）等壓圖-12-圖9（b）等速圖圖9（c）速度矢量圖圖9)x-y平面形成了較大的回流感謝閱讀精品文檔放心下載感謝閱讀縮小當開度達到50度時，水流繞過蝶板邊緣后發(fā)生分離，在對稱面的左、右方感謝閱讀謝謝閱讀精品文檔放心下載漸消失。-13-過閥損失系數(shù)根據(jù)過閥流量Qhw及直管沿程水頭損失hf，得出過閥損失系數(shù)：2ghjV2VQD)hfLv2D2ghj＝hw－h(huán)f其中為直管沿程損失系數(shù)；D為直管管徑；L為測壓環(huán)管到閥門法蘭之間的距離。hf0.110044根據(jù)經(jīng)驗公式取=0.3，則：hf0.110044閥進口給定流速V＝2m/s，f2ghjV2f4.9hj(9)400350300數(shù)250系失200損閥150過1005000.20.30.40.50.60.70.80.91感謝閱讀閥門相對開度圖-14-ξ≈0.31h0.06444m感謝閱讀閥門固有流量特性感謝閱讀謝謝閱讀差為100kPam3/h謝謝閱讀計算公式如下：CQp式中C—閥門固有流量特性m3/3600；Q—經(jīng)過閥門的流量值。單位為m3/h；ρ—流體密度，本系統(tǒng)所用流體為水，ρ=1；Δρ—閥門兩端的壓力差，單位為100kPa。7000060000數(shù)系量流門閥500004000030000200001000000.20.30.40.50.60.70.80.91感謝閱讀閥門相對開度圖閥門無量綱開度方程（8）兩邊同乘閥前管道的橫截面面積A即可得過閥流量：謝謝閱讀QfA2Hf-15-C精品文檔放心下載f可用如下算式來定量分析過閥流量：Q）CHfff由（12）式，便可以得到兩基本特性系數(shù)之間的關(guān)系：CfA2g）令：Cf/C00/)，即閥的無量綱開度10.90.80.7度0.6開綱0.5量0.4無0.30.20.100.20.30.40.50.60.70.80.91感謝閱讀閥門相對開度圖閥門的氣蝕系數(shù)：不同結(jié)構(gòu)形式的閥門有其不同的氣蝕系數(shù)，其一般的計算公式如下謝謝閱讀HHH101212PVP2g）式中:H——閥后(出口)壓力m1H2——大氣壓與其溫度相對應的飽和蒸氣壓力之差mΔP——閥門前后的壓差mδ謝謝閱讀-16-大于容許氣蝕系數(shù)，則說明可用，不會發(fā)生氣蝕。如蝶閥容許氣蝕系數(shù)為2.5，精品文檔放心下載當δ>2.5，則不會發(fā)生氣蝕。當2.5>δ>1.5時，會發(fā)生輕微氣蝕。當δ<1.5時，產(chǎn)生振動。當δ<0.5的情況繼續(xù)使用時，則會損傷閥門和下游配管。感謝閱讀下圖是出口為自由液面時的閥門氣蝕系數(shù)圖。706050數(shù)系蝕氣門閥4030201000.20.30.40.50.60.70.80.91感謝閱讀閥門相對開度圖壓力恢復系數(shù)閥門的形式將影響其對氣蝕的敏感性，本次計算的蝶閥一般為高復原閥門。感謝閱讀謝謝閱讀壓力恢復遠大于低復原閥門。閥門的復原性可用壓力恢復系數(shù)FL表示。FLP1P1P2）PvcFL越接近1.0，壓力恢復越少。FL-17-圖0.80.70.6數(shù)0.5系復0.4恢力0.3壓0.20.100.20.30.40.50.60.70.80.91感謝閱讀閥門相對開度圖-18-相對開度計算總水計算局部最低壓力進口壓力出口壓力頭損失水頭損失流量系數(shù)C點PP（pa）P（pa）（m/3600）vc2Ch(m)(pa)h（m）12jw12592.4750.174487-4842.130.06444366492.210.3157729.51424謝謝閱讀0.890.254122-6052.960470.7059826.36303謝謝閱讀0.780.45999-5705.420.34994640952.341.7147334.08284感謝閱讀0.670.966034-131460.8559928258.984.1943522.61053謝謝閱讀0.562.232145-31160.32.12210118590.5210.398291.65798精品文檔放心下載0.44