COSMOSFloWorks在波紋管截止閥流場分析中的應(yīng)用

2013-11-16 費利江 上海華誼集團技術(shù)研究院

  介紹了以COSMOSFloWorks 軟件進行流場分析的原理。通過對波紋管閥不同開度下的流場分析, 尋求閥門薄弱環(huán)節(jié), 從而為波紋管閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

  目前, 隨著安全環(huán)保節(jié)能減排要求的不斷提高, 在易燃、易爆及有毒有害產(chǎn)品生產(chǎn)過程中, 對其密封性要求更加嚴(yán)格。波紋密封閥門可很好地解決跑、冒、滴、漏等問題。但波紋密封閥由于受自身彈性限制, 其開啟高度具有一定局限性, 開啟過高會影響閥門使用壽命。因此, 研究其力學(xué)性能來提高閥門的可靠性和使用壽命已成為必要。閥門的可靠性和使用壽命很難控制, 過去對其只能用試驗來判斷, 無法用理論進行描述。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和有限元分析的不斷深入, 國外開發(fā)了許多流體有限元分析軟件, 如ANSYS、Fluent、COSMOSFloWorks 等, 這給閥門結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化提供了一種新的途徑。

1、有限元分析和流動模擬

  COSMOSFloWorks 軟件是基于先進的計算流體動力學(xué)(CFD) 技術(shù)的一種分析軟件, 它不僅能對流體進行二維和三維分析, 穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流分析, 對層流、湍流及過渡流分析都適合。該軟件使用方便, 簡單易學(xué), 并且精度很高。因此, 本文對波紋管截止閥采用Solideworks 建立三維分析模型,利用Solidworks公司的COSMOSFloWorks 軟件對流道內(nèi)流體進行有限元分析和流動狀態(tài)模擬。COSMOSFloWorks 有限元分析是在流動基本方程(質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程) 的控制下對流動的數(shù)值模擬。其數(shù)學(xué)模型為:

有限元分析和流動模擬

  根據(jù)以上圖顯示, 流速在2 m/s 以下時, 開啟高度2 mm 與開啟高度1 mm 的流動狀況差別不大,其速度最大點也不在閥芯處, 因此, 流體對閥芯的沖刷力不是很大。而開啟高度為0.5 mm 時, 由于閥芯與密封面之間空隙較小, 所以其壓差較大, 從而使得流速在閥芯靠近出口面處較大, 達到12.9m/s, 該處也因此而容易失效, 導(dǎo)致內(nèi)泄漏。因此,在設(shè)計時應(yīng)盡量考慮流速過大對閥芯的影響, 以提高閥門的使用壽命。此外, 物料輸送時應(yīng)盡量保持閥門開啟高度為1 mm 左右, 以延長閥的使用壽命。

2、結(jié)論

  通過對波紋管截止閥流道的動力學(xué)模擬分析,研究了不同開啟高度條件下閥門內(nèi)壓力、流速的分布情況, 分析了閥門易失效點, 這對閥門結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計具有參考意義, 有利于提高閥門的使用壽命。