基于SolidWorks Flow Simulation的蝶式止回阀蝶板数值仿真及结构对比.doc

基于SolidWorksFlowSimulation的蝶式止回阀蝶板数值仿真及结构对比-机械制造论文基于SolidWorksFlowSimulation的蝶式止回阀蝶板数值仿真及结构对比 撰文/郑州市郑蝶阀门有限公司刘晓凯吉元鑫运用计算流体分析软件SolidWorksFlowSimulation,对蝶式止回阀进行定常流动数值模拟仿真,获得阀门在不同开度下内部流场的压力场和速度场。在相同工况下,对比平板式蝶板和导流式蝶板对阀门内部流场的压力分布、速度分布和速度流线图的影响。结果表明:在相同的工况下,导流式蝶板的流阻小于平板式蝶板、流通能力优于平板式蝶板;流体对导流式蝶板产生的动水力矩大于平板式蝶板,使蝶板能达到更大开度,降低管网损耗。一、引言蝶式止回阀(以下简称止回阀)由于结构简单、重量轻、流阻小且维护方便在泵站输水系统中大量应用。在一般工业供水系统中,设备功率的消耗主要是克服阀门、管件的阻力损耗。止回阀安装在泵的出口处,蝶板的开启由流体驱动,蝶板的结构形式及开启的角度对水泵功率的损失有直接影响。本文运用SolidWorksFlowSimulation对公称通径DN800、公称压力PN10的止回阀在不同开度下平板式蝶板和导流式蝶板的内部流场进行了数值仿真,通过对比分析不同结构形式的蝶板对阀内部流场的影响,探讨在设计中减小止回阀的流阻,增大蝶板开启角度的最优结构,为止回阀的优化设计提供相应的依据。二、止回阀的结构止回阀的结构如图1所示,它具有两个偏心,由图中的a、b表示,其中,a为第一偏心,表示蝶板回转中心与止回阀密封面之间的轴向距离;b为第二偏心,表示蝶板的回转中心与阀体中线线之间的轴向距离。由于第二偏心的存在,使蝶板能够快速脱离阀座并达到最大开度。三、,可视为湍流三元定常流动,使用不可压缩流动的雷诺方程组与标准κ-ε湍流模型,流动的介质为水,常温20℃。、初始条件及网格划分建立止回阀的三维模型,根据“GB/T30832-2014阀门流量系数和流阻系数试验方法”的规定,取止回阀的阀前管道长度L1=5D(D为管道直径),阀后管道长度L2=10D,作为流体计算区域。采用速度进口边界条件V=2m/s和自由出口边界条件,忽略重力对流场的影响。采用结构网格有限体积法对控制方程组进行离散,在计算过程中,运用自适应网格技术对流场进行调整使其更准确的模拟流动。两种蝶板的三维模型如图2所示,流场计算域如图3所示。四、止回阀内部流场数值仿真及结果分析通过对两种结构形式蝶板在不同开度下内部流场的数值仿真,得到相应的压力场分布图、流场分布图和流线分布图。图4为两种结构形式的蝶板在30°、60°和90°开度下压力场的分布图。,蝶板开度为30°时,蝶板前后侧压力分布不均匀,管道平均流速很小,由于钝体扰流作用,蝶板轴毂背水面开始产生漩涡;在蝶板开度为60°时,蝶板前后侧压力逐渐平稳,流速明显减小,低压区域主要集中在蝶板轴毂背水面,并形成漩涡,对蝶板产生较大的扰动;在蝶板开度为90°时,蝶板前后侧压力分布比较均匀,由于蝶板轴毂对流体的阻碍,轴毂迎水面压力大,流速低,轴毂和阀体之间的狭窄通道流速最大,压力最小,轴毂背水面压力逐渐升高使流体获得与主流反向