基于CFD的调节阀内流场流动特性研究

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1、2011年1月机床与液压Jan．2011第39卷第1期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．39No．1DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．01．OO2基于CFD的调节阀内流场流动特性研究潘永成，王勇，谢玉东(山东大学机械工程学院，山东济南250061)摘要：针对某调节阀，建立其三维流场模型。应用CFD方法对调节阀内部流体流动特性进行仿真，得到该型号调节阀内流场流动特性的三维可视化结果。根据仿真结果分析调节阀内部流场的流动特性，得到在阀芯不同开度下调节阀的理想流量特性曲线以

2、及相同开度下流量和压降的关系曲线，为后续的阀门故障诊断及流动性能优化等研究提供参考。关键词：调节阀；CFD；内部流场；流量特性中图分类号：TH137文献标识码：A文章编号：1001—3881(2011J1—005—3AnalysisofInnerFlowFieldCharacteristicsofaControlValveBasedonCFDPANYongcheng．WANGYong．XIEYudong(SchoolofMechanicalEngineering，ShandongUniversity，JinanShan

3、dong250061，China)Abstract：Athree—dimensionalinnerflowfieldmodelofacontrolvalvewasbuilt．Basedonthecomputationalfluiddynamicstechnique，thethree—dimensionalinnerflowfieldofthecontrolvalvewassimulated．Theinnerflowfieldcharacteristicsofthecontrolvalvewereanalyzed．The

4、idealflowcharacteristicsculTeindiferentopeningandtheflow—pressuredropCHIVeinthesomeopeningofthevalveweregotten．Itprovidesreferenceforthefollowingtroubleshootingandflowpropertiesoptimizationofthecontrolvalve．Keywords：Controlvalve；CFD；Innerflowfield；Flowcharacteri

5、stics调节阀是自动化技术中最常见的执行元件之一，OwO+十一：0(1)xOz、广泛应用于石油、天然气、化工、电力、冶金等各个工业部门，是工业自动化系统中必不可少的重要环塑—Ot—+塑—OX—+券—Oy—+，’．I，—a—名=。一古—D—二aL+．tp口L(uOa2。+节。调节阀主要由执行机构和阀门组成。作者旨在通过模拟某调节阀内流体流动，分析阀内流体的压力和+)(2)流量等物理量的特性曲线，为解决实际应用中的流体压力波动及堵塞现象提供故障诊断时的依据。一Ot++U～ax+O～y++W一OZ：：u一一古一o雾0y+L

6、oc(、雾+由于流体力学数值求解的复杂性，工程中研究流体流动较成熟的方法主要有物理试验研究和计算机仿警+)(3)真研究。随着计算机技术和数值模拟技术的快速发展，应用CFD对流体流动现象进行仿真研究已成为业+U+V+W—O—t+—Ox—+—Oy—+—Oz—==g。：一一寺—D—业二OLz+LD(I、窘二—+一项普遍应用的工程分析技术。它具有仿真成本低、分析周期短、研究结果可靠等优点。在阀门行业中，+)(4)如电站调节阀的设计及优化，液压锥阀、大口径环喷式中：M、l，、W分别是3个方向的速度矢量，P、P、式流量调节阀等都已

7、成功采用CFD数值模拟计算。分别是压力、密度和动力黏度。CFD求解过程就是发达国家在产品设计过程中已运用数值模拟为主，进采用有限元、有限差分以及有限体积法离散求解计算行设计方案预选，再以较少量试验来校核方案的研究思路成功进行产品研发。域内流体的控制方程，以得到各节点处场变量的数研究过程中合理假定调节阀内流体介质为不可压值，进而对整个流场进行插值求解。缩的黏性流体，计算时以水作为研究介质。无热能交1计算模型换，不可压缩黏性流体控制方程由质量守恒(连续1．1三维流体模型的建立性方程)和动量守恒方程(N—S方程)组成，分别文

8、中所述的调节阀主要尺寸为：入口和出口直径是：240rain，工程通径200I13／／1，入口和出口距离700mln，收稿日期：2009—12—24基金项目：国家863高技术发展计划项目(2008AA04Z130)；济南市科技攻关资助项目(200705045)作者简介：潘永成(1985一)，男，硕士研究生，研究方向为流体控制及智能检