基于ANSYS的闸阀内部流场模拟-有限体积法.docx

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基于ANSYS的闸阀内部流场模拟

有限体积法

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论文导读::求解过程应用ANSYS软件来自动实现。基于ANSYS的闸阀内部流场模拟。

论文关键词:数值模拟,有限体积法,闸阀,ANSYS软件

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无论是在流体机械中,还是在流体传动与控制系统中,人们都会用到各种各样的阀门。这些阀门装置的主要作用是对流体的流量、压力和流动方向进行调节和控制,以满足工作系统的要求。对阀门的要求:一是控制可靠;二是阻力小、损失少。21世纪前,对各类阀门,尤其是对阀门流道流动特性的研究尚未引起重视,在设计中基本上还是依据常规设计方法和经验,只注重结构型态而不注重考虑流阻损失,从而引起较大的能耗论文提纲格式。近年来,随着计算流体动力学(CFD)和计算机技术的飞速发展,数值模拟手段已广泛应用于内部的复杂流动研究。本文通过ANSYS软件的FLOTRANCFD工具模拟了闸阀内部的流场,并对闸阀的阻力特性进行了研究有限体积法,。

1模型与数值方法

本文主要研究的是闸阀内部流场。笔者将闸阀的原型简化,使得闸阀通道是圆形通道,闸板是平板闸板,故在此只需建立带有闸板的闸阀通道模型闸阀的CFD模型与实物的比例为1:1,以闸阀左下端点为原点,建立直角坐标系,其几何模型如图1所示(以闸板开度50%为例)。

本文采用阀门的进口速度及进口压强作为进口的边界条件,在绝对参考系下给定一均匀来流,方向垂直于进口面,速度大小分别为1m/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s,强度和水力直径由公式推出有限体积法,进口表面压强为2000Pa;出口边界采用自由出流,由于全部流场只有一个出口,其出口表面压强设为0。由于在固壁处质点满足无滑移边界条件,设壁面速度为0。

本文根据闸阀特点,采用二方程湍流模型,并选用ANSYS软件的流体动力学分析类型进行分析。笔者还借助提供了专用于分析二维和三维流体流动场的先进工具ANSYS软件的FLOTRANCFD工具计算了闸阀的内部流场并分析其特性论文提纲格式。

2计算结果及分析

当水为常温20℃时:密度为998.2kg/m3,粘度为100.5×10-5Pa.s。此时当闸阀开度分别为10%、20%、25%、35%、45%、50%、60%、75%、100%,进口速度分别为1、2、3、4、5m/s等情况时,模拟出各节点压力场分布图等情况。

当开度一定(以50%为例),进口速度分别为1、3、5m/s时,闸阀内部节点压力场分布情况如图2-1~3所示。

图2-1进口速度为1m/s有限体积法,开度为50%的节点压力场分布图

图2-2进口速度为3m/s,开度为50%的节点压力场分布图

图2-3进口速度为5m/s,开度为50%的节点压力场分布图

从节点压力场分布图2-1~3中可以清楚的看到,当闸阀闸板开度一定时(以50%为例):随着进口速度依次逐渐增大,内部流场的最低静压降低。

对于DN50的闸阀,当水温为20℃,进口相对压强为2000Pa,闸板开度为50%时,发生气蚀的临界进口速度介于4~5m/s之间。同理可得当闸板开度为10%、20%、25%、35%时,发生气蚀的临界速度都低于1m/s;当闸板开度为45%时,发生气蚀的临界速度低于介于3~4m/s之间;当开度大于60%时,进口速度少于5m/s时都不会发生气蚀现象。具体结果如表2-1所示:

表2-1气蚀临界速度与闸板开度之间的关系

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闸板开度

10%

20%

25%

35%

45%

≥60%

气蚀临界速度(m/s)

<1m/s

<1m/s

<1m/s

<1m/s

3~4m/s

>5m/s

当进口速度一定(以3m/s为例)有限体积法,闸板开度分别为10%、25%、75%时,闸阀内部节点压力场分布情况如图3-1~3所示

图3-1进口速度为3m/s,开度为10%时节点压力场分布图

图3-2进口速度为3m/s,开度为25%的节点压力场分布图

图3-3进口速度为3m/s,开度为75%的节点压力场分布图

从节点压力场分布图3-1~3中可以清楚的看出,当进口速度一定时(以3m/s为例):随着闸阀闸板开度逐渐增大,内部流场的最低静压不断升高。

对于DN50的闸阀,当水温为20℃,进口压强为2000Pa,进口速度为3m/s时,闸阀发生气蚀的临界开度介于35%到45%之间论文提纲格式。同理可得:当进口速度为1m/s时,闸阀发生气蚀的临界开度介于35%~45%之间;当进口速度为2m/s时有限体积法,闸阀发生气蚀的临界开度介于35%~45%之间;进口速度为4m/s时,闸阀发生气蚀的临界开度介于50%~60%之间;进口速度为5m/s时,闸阀发生气蚀的临界开度介于50%~60%之间。具体结果如表2-2所示:

表2-2气蚀临界闸板开度与进口速度之间的关系

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进口速度(m/s)

1

2

3

4

5

气蚀临界开

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