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角式調節閥的結構及網格劃分
發布于：2019/10/23 8:49:52 點擊量：176
調節閥是工業自動化調節系統中的重要環節。隨著電子計算機的迅猛發展，計算流體力學(CFD)數值模擬的優越性越來越明顯，我們運用 CFD 通用軟件 FLUENT 對一種角式調節閥進行了三維數值模擬，通過一系列開度下的流量模擬得到了該閥的流量特性曲線，并直觀地顯示出不同流向狀態下閥門流道內部的速度壓力分布和漩渦分布情況，由此進一步分析流向對角式調節閥流量特性的影響。
1 角式調節閥的結構及網格劃分
某一型號角式調節閥的結構剖視。它由閥桿、上閥蓋、閥芯、閥座和閥體等零部件構成。閥體通道成直角，故稱為角式調節閥。它具有流通量大、自潔性好等優點，適合閥前后壓差不大的高粘流體并要求直角配管的場合。所采用的角式調節閥公稱通徑為 25mm，公稱壓力 1.6MPa，理想流量特性為直線特性，額定流量系數為 15m2，閥芯行程 16mm，可調比 R=50。
工程中，角式調節閥通常選擇流開型(即底進側出)流向。在進口壓力為 1.6MPa，出口壓力為 1.5MPa 的條件下，該調節閥全開時對稱面上的壓力等值線和速度等值線如圖 4、圖 5 所示。從圖中可以看出，進口的壓力和速度都比較均勻;當水流通過閥芯與閥座之間的節流處時，由于流通面積突然減小，壓力減小，速度增大，并且靠近出口一側的節流處的速度要明顯大于另一側，即減壓增速效果明顯;水流通過節流處后流向出口，壓力和速度又趨向均勻。
閥門開度分別為 100% 和 30% 時流開型流向的對稱面速度矢量見圖 6 和圖 7。從兩圖中可以看出，在閥腔中背對出口的一側，都產生了明顯的漩禍，這會產生較大的能量損耗，增大阻力系數。這說明流開型易在閥腔內產生漩渦，造成能量損失。應用 FLUENT 軟件對該閥門全開流道模型進行了流閉型流向的數值模擬，得到對稱面上的速度矢量如圖 8 所。從圖 8 可以看出，閥腔內幾乎沒有漩渦，說明流閉型流向可大大避免漩渦的產生，減少能耗。
對不同開度的流道模型進行流閉型流向的數值模擬，得到各開度下的流量系數見《表 1》。從表中可以看出，相同開度下，流閉型比流開型的流量系數明顯提高，全開開度時，流量系數提高了 15.3%。這是由于流閉型閥門流道內沒有漩渦產生，減少了能量損耗，提高了流量系數。從表中還可以看出，隨著閥門開度的減小，流量系數提高的百分比也隨之減小，10% 開度時流量系數已不再提高。這是因為，閥門大開度時，流開型流向漩渦處流體的速度大，則動能大，損失的能量多，而流閉型流向幾乎沒有漩禍產生的能量損失，所以流量系數提高明顯。隨著閥門開度的逐漸減小，流體速度減小，流開型損失的能量也隨之減小，因而 2 種流向的流量系數逐漸趨于相等。
2 種流向在不同開度下的流量系數
開度 / %102030405060708090100
流開型 / m21.734.576.989.3611.2012.2413.1413.9714.6915.30
流閉型 / m21.734.687.5610.0812.2413.5015.0515.8416.8117.64
提高百分比 / %—2.408.307.709.3010.3014.5013.4014.4015.30
3 結論
(1)通過對閥門流量系數的理論計算和數值模擬，證明用計算流體力學軟件所得到的模擬結果與理論計算基本一致。這將有助于閥門的優化設計，縮短設計周期，節省大量成本。
(2)角式調節閥通常選用的流開型流向會在閥腔內產生漩渦，造成能量損耗。而流閉型流向可避免漩渦產生，減少能耗。
(3)角式調節閥選擇流閉型可相對提高流量系數，尤其在閥門大開度時，流量系數提高顯著。工程實際中，若閥門經常處于較大開度工作時，選擇流閉型的安裝流向，能更好地提高流量系數。
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