先導式安全閥流道結(jié)構(gòu)對排放性能的影響

　　分析了先導式安全閥流道結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對其排放性能的影響，并采用CFD 商業(yè)軟件FLUENT 對先導閥主閥流場進行數(shù)值模擬，得出了先導式安全閥排放性能與流道結(jié)構(gòu)的關(guān)系及其不同流道結(jié)構(gòu)下流場的分布和排量系數(shù)的仿真曲線，為先導式安全閥排放性能的研究提供一定的理論依據(jù)。

　　先導式安全閥是一種非直接作用式安全閥，由一個主閥和導閥組成，依靠導閥排出介質(zhì)驅(qū)動或控制主閥開啟。因特別適用于高背壓、大流量、高壓力和安裝位置緊湊的場合，近年來，在石油、化工、電站、冶金和核電等領域應用越來越廣泛，而排放性能是衡量安全閥性能的重要指標之一，因此開展先導式安全閥排放性能方面的研究具有重要意義。

　　先導式安全閥流道結(jié)構(gòu)由帶有楔形窗口的導套與閥座、閥瓣和閥體組成( 圖1) ，閥座與閥瓣間的開啟高度、導套楔形窗口的幾何尺寸均為影響排放性能的相關(guān)因素。排量系數(shù)是影響閥門排放性能的重要參數(shù)，但是由于實驗條件的限制，對一些通徑和排量較大的閥門，目前無法測出排量，因而也計算不出排量系數(shù)，無法預測閥門的流動特性和排放性能，給閥門的結(jié)構(gòu)改進和性能提高帶來了很大的不便。本文用Fluent 模擬計算流道不同流道結(jié)構(gòu)下先導閥主閥的流場，得出排量系數(shù)的仿真曲線，預測先導式安全閥排放性能與閥座和閥瓣間的開啟高度、導套楔形窗口的幾何尺寸的關(guān)系，為先導式安全閥排放量的研究提供理論指導。

圖1 先導閥主閥結(jié)構(gòu)及局部放大圖

數(shù)學模型

　　氣體在安全閥中的流動是可壓縮的三維流動，對湍流的模擬采用了標準的k - ε 模型和相應的控制方程〔1〕。

實體建模與邊界條件

　　按照先導式安全閥結(jié)構(gòu)選取由閥體、閥座、導套和閥瓣所圍成的三維流道空間作為計算域，采用SOLIDWORKS 進行實體造型。由于流場呈對稱分布，在邊界條件中設置了對稱面，以減少計算時間。進口及出口截面分別設置成壓力進口和壓力出口，出口壓力設為大氣壓。壁面處理采用了壁面函數(shù)法。

　　采用Solidworks 和Fluent 軟件相結(jié)合模擬計算，得出在不同開啟高度下，排量系數(shù)在h /d0≥0. 25 最大，因此排放性能在h /d0≥0. 25 最佳。還計算出先導式安全閥特有的導套楔形窗口結(jié)構(gòu)對流動特性有影響，但是對排放性能幾乎沒有影響，這些結(jié)論預測了先導式安全閥排放性能與流道結(jié)構(gòu)的關(guān)系，可為先導式安全閥排量的研究提供理論依據(jù)。