内流式锥阀流场的数值模拟与结构优化

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1、2012拒管技术5设备2O12第3期PipelineTechniqueandEquipmentNo．3内流式锥阀流场的数值模拟与结构优化杨东生(黑龙江省大庆头台油田开发有限责任公司，黑龙江大庆166512)摘要：锥阀具有密封性能好、过流能力强、响应快、抗污染能力强等特点，在流体输送中得到了广泛的应用。应用PHOENICS流体计算软件及k一湍流计算模型，对内流式锥阀的内部流场进行了模拟仿真，研究了流量变化、开度变化对锥阀流场特性的影响。研究结果对分析锥阀的性能、进行流道的结构优化和实际工程应用都具有一定的指导作用。关键词：锥阀；计算流体力学；数值模拟；流量系数中图分类号：TE8文献标识

2、码：A文章编号：1004—9614(2012)03—0035—03NumericalSimulationandStructureOptimizingfortheInwardFlowFiledofPoppetValveYANGDong—sheng(DaqingToutaiOilFiledDevelopmentLimitedLiabilityCompany，Daqing166512，China)Abstract：Thehightightness，strongflowcapacity，quiekresponseandhighabilityofanti—pollutionofpoppetva

3、lvehavebeenwidelyappliedinliquidtransportation．ThispaperappliedPHOENICSliquidcalculatingsoftwareandtheturbulencecon—putationmodel，analysedthesimulationresults，acquiredtherelationshipbetweencurrentcapacitychange，opendegreechangandflowrunnerstructure．Theresearchresultofthispaperwillgivedirectivef

4、unctiontotheanalysisofpoppetvalvefunction，optimizationofflowrunnerstructureandpracticalengineering．Keywords：poppetvalve；fluidmechanicscomputation；numericalsimulation；dischargecoefficientO引言(2)假定锥阀阀芯与阀套配合精确，没有径向间锥阀利用锥形阀芯的位移来改变液流通路口的隙，无泄漏；大小，以实现液流方向、压力及流量的控制[1J。锥阀(3)不考虑流体质量力的影响；具有密封性能好、过流能力强、响应快、

5、抗污染能力强(4)假定系统内部流体无热传导现象；等特点，应用广泛。(5)壁面处无滑移，即固定壁面处速度为零；文中了解阀内部流场的速度场、压力场分布情况(6)流动状态为湍流，采用标准k一湍流模型(k等，并分析速度、开度对流道流场的影响，进而对内流为湍动能；为湍流耗散率)。式锥阀的结构进行改善]。1模型建立1．1几何模型图1是内流式锥阀的结构尺寸简图。d=10mm，d1=d2=50mill，d3：15mm，d5=30mm，d6=20mm，a=45。，L为开度。图1中，a为锥阀的半锥角，d、d一d为长度。对此模型的相关假设如下：图1内流式锥阀的结构简图(1)流体为不可压缩流体，即dp／dt

6、=0，P为流体1．2数学模型密度，kg／m；t为时间，s；湍流基本方程：垫：0以收稿日期：2011—10—25收修改稿日期：2012—04—24第3期杨东生：内流式锥阀流场的数值模拟与结构优化37的流通能力强，流体流过阀门时的压力损失小，见图格采用结构化正交局部加密网格技术进行了局部细5、图6。化。(2)利用PHOENICS软件对锥阀的内部流场进行了数值模拟，分析了开度、流量变化对锥阀流动特性的影响。计算了锥阀在不同流量、不同开度下的流量系数，得到了流量系数和开度、流量之间的关系。在其他条件不变时，流量越大，流量系数越大，即阀的流通能力越大；在其他条件不变时，流量系数随着开度图5开度

7、、流量与流量系数的关系图的增加而减小，当开度增加到一定值时，流量系数趋于平稳。(3)计算了锥阀优化前后的流量系数。结果表明：在相同条件下，优化后的锥阀流量系数比优化前的流量系数大，即优化后的锥阀流通能力大，压力损失小。图6优化前后的流量系数对比图参考文献：从图5中可以看出，流量一定时，随着阀口开度增[1]张利平．液压阀原理使用与维护．北京：化学工业出版社，2009：1—26．加，流量系数减小；当开度一定时，流量越大，流量系[2]高殿荣，王益群．液压锥阀内流