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阀门常识

阀门数学物理模型及数值计算方法

编辑:5197.com新浦京 来源: 发布于:2017-02-24 17:22:51

阀门数学物理模型及数值计算方法 

1 物理模型 
耐磨风量调节阀的结构如图3(a)所示,阀内径D0=200mm,阀体高度H=300mm,条形孔及孔桥的宽度均为20mm,活动多孔板与带导流板的固定多孔板相互错开10mm,此时阀的开度为50%,导流板的长度为60mm,阀出口处加长管长度为300mm。另外为了进行流场的比较,这里提出一种常见的插板阀其开度与耐磨风量调节阀相同。 
2 数学模型及计算方法 
RNG k-ε模型是一个双方程的湍流模型,它是从原始的基本方程推导而来的,模型的系数以理论结果为依据,不需要借助任何实验结果[5]。文献[6,7]应用此模型模拟湍流流动,结果表明:RNG k-ε模型优于标准的是k-ε模型。因此本研究从工程实用性角度和模拟湍流的适用性出发,利用RNG k-ε模型来模拟阀内的湍流流场。 
模拟计算采用的App是由FORTRAN90开发的,网格划分采用数学级数法,并在条形孔处进行局部加密,压力场和速度场的耦合采用SIM-PLE算法求解。 
基本方程及封闭模型 
三维气相湍流流动守恒方程组包括连续性方程、动量方程和RNG k-ε方程,可以表达成通用形式 
div(ρvΦ)-div(ΓgradΦ)=SΦ (1) 
式中:Φ在连续性方程中取1,在动量方程中表示u,v和w三个方向的速度,在RNG k-ε湍流模型中表示湍动能k和耗散率ε;SΦ表示源项。 
2 边界条件 
入口边界为w=17m/s,壁面边界为无滑移边界条件,出口为充分发展条件。 
3 数值模拟结果分析 
模拟结果如图4及图5所示, 
的速度矢量图可以看出,当耐磨风量调节阀开度为50%时,固定多孔板的出口处流场变化较大,但是经过导流板后,在导流板出口处流场开始变得比较均匀,没有出现回流和偏流现象。 
可知,在耐磨风量调节阀的出口处,即高度z=0.3m处,流体运动速度沿断面分布就较均匀了。对于含尘气流,在通过多孔板后,粉尘浓度沿阀体断面分布是比较均匀的,这样与阀体发生切削碰撞的粉尘数量很少,并且由于速度比较低,因此对阀体的磨损将大大减轻.而对于插板阀,当开度为50%时, 
b)可以看出,在阀体内及出口处,出现了严重的偏流和回流现象,即使是在加长管的出口处,这种现象仍然存在,气流偏向一侧。若为含尘气流,绝大部分粉尘将会以很高的速度与阀体一侧发生切削碰撞,由于磨损与速度的三次方成正比,因此这必然会导致粉尘对阀体的磨损加剧.另外, 
b)可知,在插板阀的出口处,即z=0.3m,速度沿断面的分布很不均匀,这将会使阀后的管件磨损加剧。 
通过对比分析可以看出,在气流通过耐磨风量调节阀和插板阀后,前者在很短的距离内即可使气流速度变得比较均匀,而后者则需要很长的距离.上述模拟结果表明, 
耐磨风量调节阀的原理及结构是合理的,不论是对阀的本体,还是对其后的管件,均具有较好的防磨效果。与一般的插板阀相比,耐磨风量调节阀具有使用寿命长、安装位置不受限制、调节方便等优点,可应用于除尘系统中进行阻力平衡和风量调节,其应用前景广阔。 
 


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