截止止回阀流动优化仿真分析研究.pdf

一 1 2 一 ■ 论文广场 石油和化工设备 2 0 1 5 年第 1 8 卷 截止止回阀流动优化仿真分析研究 李华 良 ，张鹏 ，万攀。 ，余蓓 1 ． 中国船舶重工集团公司第七一 九研究所 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 6 4 2 ． 武汉工程 大学机 电工程学院 ， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 [ 摘要]阀门的内部流道结构影响着过阀流体的流动性能，同时也是产生能耗的主要部位之一。研究阀门的水动力特性和 减少流体流过阀道时的局部水头损失、降低所引起的脉动噪声具有重要意义。随着计算机硬件以及c F D 技术的迅速发展 ， C F D 数值模拟的优越性愈发明显，数值模拟可详细地显示阀门的内部流场，研究成本低、周期短、便于优化设计。本文以截 止止回阀为研究对象，在对原型仿真分析的基础上提 出了优化设计方案并对优化方案的水动力性能进行分析和研究。研究 结果表明优化设计方案在速度突变、压力梯度方面得到了良好改善，阀门总受力减小，且基本消除了二次流的存在。 [ 关键词]截止止回阀；计算流体力学；水动力特性；改进；研究 随着科技 的发展和社会的进步，管道运输在 社会经济发展 中的作用愈发重要 ，阀门是管道运 输 的重要控件，同时也是管道运输过程 中产生能 耗 的主要元件 ，当流体通过 阀道时 ，会产生诸如 旋涡 、二次流等水 流现象 ，这些现象是影响 阀道 局部水头损失的主要因素[ 1 】 。近年来随着计算机技 术和计算流体动力学理论的发展 ，计算流体 动力 学 Co mp u t a t i o n a l F l u i d Dy n a mi c s ，C F D 技术得到 了广泛应用 ，其可被利用于模拟 阀门阀道 内阀盘 启 闭过程中液流状态[2 】 ，阀体内压力分布 图分析阀 门压 力平衡状况 】 、速度分布 图 以及 能量损 失数 值 ，同时也可与多种实验仪器如粒子成像流 速仪 P I V相结合来研 究阀门的水动力特性H ] ，它能 够详尽地显示 出阀道的内部流场情况 J ，为降低水 头损失 设计和 阀道结构的优化 改造提供依据。袁 新 明、贺治国【 6 等采用数值方法对截止 阀流动特 性进行 了一系列研究 。本文采用C F D技术 ，对截 止止回阀在R e 3 e 和R e 6 e 的运行条件下的三维流 场特性进行 了数值模拟分析和研 究，在保证数值 模拟结果准确可信 的条件下 ，分析了影响截止止 回阀性 能特性 的主要因素，提 出了截止止 回阀阀 体流道 结构的改进方案 ，采用CF D技术分析 了其 流动特 性，证实 了改进设计方案 的可行性和可信 性 。 1 控制方程和湍流模型 1 9 8 6 年Or s z a g 和Y a k h o t 推导出R NG K一 ￡紊 流模型 ，并于l 9 9 2 年进行 了改进 。鉴 于R NG K． e的模型特 点，本文应用此模型对阀门流场进 行模 拟 。 连续性方程 署 o 1 运动方程 p c tlj 若 ， 苦 c∥ 若 一 ， 2 R A NS 方程 警 一 毒 参 { 3 ] } 8t 8x 8x ， x ＼ ＼ x ax 8x 7 ＼ _ J 2结构模型 如图1 所示 ，本文采用 国标船用法兰铸铁截止 止回阀A1 0 1 0 O ，可简单地将阀门分为进 口、出口 和具有流量调节作用的阀芯运 动部分 ，结构尺寸 如表 1 。 表1 截止止回阀A 1 0 1 0 0 主要参数 压力／ M P a l 通径／ m m 1 I 1 0 0 尺寸／ m m l 重量 ／ 作者简介李华良 1 9 7 7 一，男，四川资阳人，工程硕士， 高级工程 师。主要从事船舶总体与结构方向研 究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m