基于Fluent的水击泄压阀阻力系数研究.pdf

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1、第41卷第1期化工机械99基于Fluent的水击泄压阀阻力系数研究朱万春+1王熠东2林坤1陈鹏1(1．中石化管道储运武汉输油处；2．浙江工业大学机械工程学院)摘要针对长输油管道广泛应用的水击泄压阀，应用CFD方法对其内部流场进行了分析计算。按照实际泄压阀的结构，建立了简化后的二维流场几何模型，根据模拟的流场压力分布计算不同开度、不同开启压力和不同管径下泄压阀的阻力系数，指出泄压阀的阻力系数与开度、管径有关，开启压力对泄压阀的阻力系数几乎没有影响。关键词水击泄压阀阻力系数阀门开度管径模拟中图分类号TQ055．8+l文献标识码A文章编号0254-6094(2014

2、)01-0099—04阀门是管道系统中应用最广泛的执行机构。1j，氮气式水击泄压阀广泛应用于长原油管道，其主要功能是：当管内原油发生水击，管输压力超过管道的泄放压力(或设定值压力)时，为了使输油管道能适应水力工况的变化、保证输油过程平稳进行和保护管道和所属设备∽1，能够迅速、有效地泄放主管道的超高压力，使原油通过泄放阀、泄放管道至泄放罐，从而减小水击冲击波，避免因输油管线超压而导致管线发生破裂13’4。。对安装泄压阀的原油管道工程进行水击防护措施研究时，阻力系数是一项重要参数”。。利用Fluent软件对水击泄压阀内部流场进行仿真研究，分析开度、开启压力和管径对

3、泄压阀工作特性的影响，总结出变化趋势，对输油系统工程设计和水锤防护措施具有十分重要的理论意义和工程应用价值。1模型建立1．1泄压阀结构水击泄压阀主要由导阀和主阀组成，主阀由阀体、阀塞、阀塞座、阀腔及弹簧等组成。泄压阀内的实际流动是三维的，其内部流道的几何模型如图1所示，但是考虑到泄压阀在结构和流动方面的对称性与计算机容量，采用二维轴对称几何模型，简化后如图2所示。图1泄压阀内部流道几何模型图2简化后的泄压阀内部流道几何模型1．2网格划分阀流场的网格模型是数值计算模型的几何表达形式，也是模拟与分析的载体‘63。将图2中的流体区域作为求解区域，利用Fluent前处

4、理软件$朱万春，男，1989年4月生，助理工程师。湖北省武汉市，430077。100化工机械2014矩Gambit采用局部细化网格法对该求解区域进行网格划分。局部细化网格法顾名思义就是对整个区域划分完网格以后，再对应力梯度变化大的区域进行网格细化加密¨1。考虑到阀口与流道拐角处压力梯度较大，对这两处的网格进行细化，划分网格后阀内二维流场情况如图3所示。压力图3泄压阀二维模型的网格划分力人口1．3边界条件与解析条件进出口边界条件分别设置为压力人口和压力出口。数值模拟时采用压力基隐式稳态求解器，湍流模型选择标准的k-6模型，介质为原油，压力和速度的耦合则采用Sim

5、ple算法¨’91。2仿真结果分析为了研究开度对泄压阀内部流场的作用，利用Fluent软件对泄压阀的排出过程进行仿真计算。图4、5给出了管径为DNl00mm、开启压力为6．4MPa的泄压阀，开度变化时阀内流场的压力和速度分布情况。i、'_-。_鞑眇ib．开度40％图4不同开度下阀内流场的压力分布65WMⅢMⅢⅢ*ⅢⅢⅢ∞舶：宝傩惦∞*∞帕傩∞似幡{兰{兰mmm埘_

6、暑邶邶加蝴枷柚蝴神邶卸柏计什¨件州件挣叶叶叶"¨¨¨"¨叫"""¨抽如¨h搪抽批扭他伯轴“如铀抽轴驰铀铀铀_竺婚珀珏珏垤竹让硷""0豁舛弘M¨弱％弱”伯们5328』m6284，o引驰“i4"引“，，

7、引。正o■{r?444{愀爨≯．震翳麓激誉●6S68655*驰洲*叫州叫叭Ⅲ嚣曩鬈嚣篡嚣嚣竺篡嚣一eji弧n知由iim。篙嚣嚣蒜篡嚣嚣袭黧篡～h引引引¨“二；“川2¨引4jJijof=‘d4忡I孵麓。燃霪蕊叠■专}m碰化收州州州枷州州州州州州州州州州删椭；m协协蛳咻mm懈‰‰m渤涤毒im他‰星}m犰‰m曩赛。羹翼蠢懿黼—●嚣嚣鬈嚣翥嚣{{!慧黛滦Ⅲh嚣蒜慧慧{i芝窑黧怒譬～P“¨t“““““¨E"4J1{口444{巧郫薯瓣零藏鬻鋈鍪■●第41卷第1期化工机械101单位：m／s莲警860川，b．开度40％c．开度80％图5不同开度下阀内流场的速度分布由图4、5可

8、以看出，在进出口压力一定的情况下：当介质流过阀隙时，高压介质通过狭小的过流面积流向低压区域，在此过程中，介质获得了较大的流速，也产生了一定的阻力损失，使压力值急剧下降，实现泄压、消除水击波的效果；随着泄压阀开度不断增大，内部流场发生显著变化，其主要表现在阀内压力峰值和阀隙最大流速都有一定的增大，且入13和出口速度明显增加。3阀门阻力系数阀门的阻力系数取决于阀门产品的尺寸、结构及内腔形状等，根据流体力学理论可知，阀门的阻力特征定义为¨0

9、：Ap=如争(1)式中M——截面平均流速；△p——阀门进出口压差；亭——阀门阻力系数；P——介质密度。得到阀门阻力系数公式为：

10、f：2笔(2)p“将仿真计算得到的进出