球閥與閥組結(jié)構(gòu)參數(shù)變化規(guī)律的分析研究

　　基于FLUENT 軟件的動網(wǎng)格技術(shù)，將湍流模型與多相流技術(shù)相結(jié)合，通過計(jì)算與分析球閥閥組的結(jié)構(gòu)參數(shù)對轉(zhuǎn)子泵出口球閥的運(yùn)動特性及球閥內(nèi)部流場特性的影響規(guī)律，給出了閥球運(yùn)動參數(shù)的變化曲線和球閥內(nèi)部流場的分布云圖。閥座半錐角小于45°時(shí)，閥球速度、升程變化較大，閥隙最大流速較小且變化較快，大于45°時(shí)，閥球速度、升程、閥隙最大流速變化較接近。閥球上下表面壓差隨閥座半錐角的增大而增大，且閥座半錐角大于45°時(shí)，閥球上下表面壓差隨介質(zhì)氣液比的增大明顯減小。閥座入口直徑增大，閥球速度、升程及閥隙最大流速變小。閥球速度隨時(shí)間函數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小趨勢;但當(dāng)介質(zhì)氣液比增加到0.8、0.9 時(shí)，閥球速度則呈現(xiàn)先減小后增大趨勢;隨介質(zhì)氣液比的增大，閥球速度、升程變化梯度和閥隙開度減小，閥隙最大流速增大。氣液比小于0.5 時(shí)，流量系數(shù)緩慢變化，超過0.5 時(shí)，流量系數(shù)發(fā)生突變，甚至于在超過0.65 以后，流量系數(shù)急劇變化超過1.0。

　　隨著液壓技術(shù)向高速、高壓、高功率及高效率方向的發(fā)展，使球閥的振動噪聲、回流、能量損失等問題日趨嚴(yán)重，而球閥閥組結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的好壞是導(dǎo)致這些問題的因素之一。球閥在工作時(shí)，經(jīng)常的開啟和關(guān)閉，閥內(nèi)的流動多屬湍流且流動非常復(fù)雜，流體經(jīng)過閥口，在局部經(jīng)常出現(xiàn)漩渦區(qū)和速度的重新分布，漩渦區(qū)中，流體不規(guī)則地旋轉(zhuǎn)、碰撞、回流，消耗了主流運(yùn)動的能量，導(dǎo)致壓力、水頭、能量的損失，引起流體噪聲。

　　因此，球閥閥組結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的好壞對提高泵效率，且降低回流、沖擊噪聲等都有重要作用。本文運(yùn)用FLUENT的動網(wǎng)格技術(shù)，對球閥閥口的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到球閥閥組結(jié)構(gòu)參數(shù)對流場分布的影響規(guī)律，進(jìn)而定性分析球閥閥口流場的壓力和速度特性，確定影響球閥性能的主要因素，為開發(fā)和設(shè)計(jì)高效、低能耗、低噪聲的球閥奠定理論基礎(chǔ)，真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)對縮短球閥研發(fā)周期，降低研發(fā)成本具有重要的工程實(shí)際意義。

1、建立模型

　　建立的二種模型數(shù)據(jù)見表1。

表1 模型數(shù)據(jù)

　　為了方便研究球閥的動態(tài)特性，采取軸對稱模型，以δ=45°，rd =32mm 為例，球閥動態(tài)模擬的流場計(jì)算區(qū)域見圖1 所示。

圖1 流場計(jì)算區(qū)域示意圖

　　本文模擬介質(zhì)氣液比τ 為0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 時(shí)，閥球運(yùn)動變化情況和球閥內(nèi)部流場特性。選擇壓力基求解器，湍流模型選擇標(biāo)準(zhǔn)k-ε 模型;泵流量為Q=80m3/h，入口邊界選擇速度入口，出口邊界為壓力出口，閥座與閥球?yàn)楣瘫谶吔?對稱軸為軸邊界;動網(wǎng)格程序及相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)見文獻(xiàn)。

2、結(jié)論

　　(1)在初始時(shí)間內(nèi)，閥球速度出現(xiàn)不規(guī)則脈動變化，閥球速度隨時(shí)間函數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小趨勢;但當(dāng)介質(zhì)氣液比增加到0.8、0.9 時(shí)，閥球速度則呈現(xiàn)先減小后增大趨勢;隨介質(zhì)氣液比的增大，閥球速度、升程變化梯度減小。

　　(2)閥座半錐角小于45°時(shí)，閥球速度、升程變化較大，閥隙最大流速較小且變化較快，大于45°時(shí)，閥球速度、升程、閥隙最大流速變化較接近。閥座入口直徑增大，閥球最大速度、最大升程和閥隙最大流速減小。

　　(3)介質(zhì)氣液比增大，閥隙開度減小，閥隙最大流速增大。球閥整個(gè)壓力場中，在閥座倒角處壓力值最小，但變化梯度大，此處也就較容易產(chǎn)生氣蝕。

　　(4)當(dāng)氣液比小于0.5 時(shí)，流量系數(shù)緩慢變化，超過0.5 時(shí)，流量系數(shù)發(fā)生突變，甚至于在超過0.65 以后，流量系數(shù)急劇變化超過1.0;閥座半錐角為30°時(shí)，流量系數(shù)最小且變化最穩(wěn)定，大于45°時(shí)，變化曲線趨于一致;同樣，入口直徑越大，球閥流量系數(shù)變化越小。