切換閥閥內(nèi)流場數(shù)值模擬

　　采用Fluent軟件對切換閥流場進行數(shù)值模擬，并對切換閥流量系數(shù)模擬值與實驗值比較，表明應(yīng)用Fluent對切換閥進行數(shù)值仿真模擬可靠，為切換閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

1、概述

　　壓力容器和工藝系統(tǒng)的自動超壓保護設(shè)備由2臺安全閥和1 臺切換閥組成，切換閥可保證實現(xiàn)無需停車的情況下對安全閥進行在線檢修或更換。相關(guān)標準中規(guī)定，在被保護設(shè)備和泄壓閥之間不可恢復(fù)的壓力損失不能超過閥門整定壓力的3%。因此，研究切換閥的水力特性，對于降低能量損失以及指導(dǎo)閥門的設(shè)計有十分重要的意義。本文利用了Fluent 軟件對切換閥的內(nèi)部流場進行數(shù)值模擬，并對可視化結(jié)果以及流量特性進行分析。

2、計算方法

　　2.1、計算模型

　　選取2 in. (50mm) 切換閥作為樣閥進行仿真計算。切換閥的A口和B口與安全閥連接(圖1) 。當切換閥閥瓣將A口密封，A口處安全閥與系統(tǒng)隔離，為備用安全閥，B口處安全閥為在線安全閥(工況Ⅰ) 。如果閥瓣將B口密封，則A口處安全閥為在線安全閥，B口處安全閥為備用閥(工況Ⅱ) 。切換閥的流場區(qū)域是從切換閥的入口分別到A、B 兩個出口由閥體、閥座和閥瓣等所組成的三維空間。

　　為了減少計算量，對流場區(qū)域進行簡化。對固壁邊界不考慮切換閥零件組裝之間的小間隙以及對尖角部位抹平。由于整個流場區(qū)域從幾何形狀上看，相對于X-Y 面是對稱的，所以真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認為可假設(shè)整個流動狀態(tài)也是面對稱的。因此，計算域只取一半的流場區(qū)域(圖2) 。

圖1 超壓保護裝置

圖2 內(nèi)部流場計算域

　　2.2、網(wǎng)格劃分

　　計算網(wǎng)格由Fluent的前處理器Gambit 軟件生成。因為閥體內(nèi)腔的形狀和流動狀態(tài)較復(fù)雜，所以采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，總網(wǎng)格數(shù)為2.0 × 10⁵ ～3.0 × 10⁵。

3、結(jié)語

　　通過數(shù)值模擬得到的切換閥內(nèi)部詳細的流動情況表明，當水流流過拐彎處時，漩渦形成劇烈紊動的分離回流區(qū)是水頭損失的主要原因，真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認為應(yīng)考慮對閥門閥內(nèi)結(jié)構(gòu)進行圓滑過渡或優(yōu)化，從而減小漩渦及能量損耗，增大閥門的流通能力。數(shù)值模擬切換閥的流量特性與試驗數(shù)據(jù)相比偏差較小，表明數(shù)值模擬不僅能夠解決實際應(yīng)用中存在的問題，且能夠降低實驗研究的費用，提高閥門的研發(fā)效率。