基于Fluent的不同阀芯与阀体组合的数值模拟研究_闫登强
基于Fluent的混合弯管流场的数值模拟
【 摘 要】 弯管在工业生产的各个领域正得到越来越广泛的运用。以工业生产最常见 的一种弯管 体为研究对象， 利用计算流体力学技术， 首先对弯管体进行物理建模 ， 设定各项基本参数 ， 通过 Ｆ Ｕ Ｎ ＬＥＴ 软件对弯管内温度、 压力、 速度等参数做 了全 面详细的二维数值模拟 ， 最后将计算结果进行 图形化显 示， 得到 了各 项设 计指标 的极值 及 其所在 部位 等 重要 的设计 及优 化依 据 ， 象具体 的研 究 分析 了弯管 形
内流 体 状 态 。
关键词 ：Ｌ Ｅ Ｔ 混合弯管； ＦＵ Ｎ ； 流场 ； 模拟 【 ｂｔ ｃ】 ｌ ｗ ｒ ｕｅ ｌｅａｄｒ ｒ ｉ ｄ ｅ ｅ ｒ ｎｕｔ ｒ ｕｔ ｎ ｙｔ ｉ ｃｎ Ａ ｓ ａｔ Ｅｂ ｓ ｅ ｓｄ１ ｒ ｎ ，ｅ ｎ ｉ ｒ ｅ ｏ ｄｓ ｙ ｏ ｃｉ ． ｋ ｇａ ｏ － ｒ ｏ ａ Ｔ ｅ ｖ ｓ ａ ａ ｆｉ ｒ ｐ ｄ ｏ Ｂ ａ ｎ ￣ ｏ ｓ ｉ ｎｅｂ ｗ ａ ｓａｃ ｂｅ ｔ ｈ ｓ ａ ｍ ｄ ｌ ｇｉ ￡ ｕｌｗ ｔ ｅｈ ｌ ｏｆｕｄｍ ｃ ａ ｉ ｏ ｐ ｔ－ ｌ ｌｏ ｓ ｒ ｅ ｈｏｊｃ， ｙｉ ｌ ｏ ｅｉ ｉ ｏ ａｅ ｒ ｐ ｃ ｎ ｓ ｂ ｉ ｉ ｔ ｅ ｌ ｉ ｅ ｈ ｃ ｃ ｍ ｕ ｔ ｈｈ ｐｆ ｎ ｓ ａ
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混合弯管在工业生产领域正得到越来越多的运用 ， 其在水利 、
基于FLUENT的板式换热器三维数值模拟
2008,35(6)
在对实际结构进行合理简化的基础上,以影响流动和传热的主要结构建立了某固定管板式换热器温度场数值计算模型,采用分段模拟、整体综合的方法,利用CFD软件Fluent对该换热器在正常操作工况下的流动与传热情况进行了数值模拟,得到了计算流道上有关各个构件的壁温场分布,并把主要结构CFD数值计算的结果与实测温度数据进行了对比.结果表明,CFD模拟模型数值分析得到的温度数据与实测数据相符,说明温度场的数值模拟分析方法及其流动条件的假定是符合实际的,计算参数选择是合理可行的.有关固定管板换热器中管束、管板和壳体的温度梯度变化情况的分析表明,尽管在它们的轴向、周向和径向都存在温度梯度,但是温度梯度变化最大的方向是轴向,这意味着轴向将产生最大热应力.
本文链接:/Thesis_Y1416179.aspx
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,从中得到各酒窝板的壁面换热量、压力损失、阻力系数等。从而得出窝径、窝高、窝距对酒窝板换热及流动特性的影响,以及酒窝板换热和流动阻力达到最佳匹配时的最佳窝径、窝高、窝距,从理论上探讨了其强化传热机理。 其次,作为对比的基础,本文对相应条件下平板板式换热器的换热及流动特性进行了模拟计算,得出平板壁面换热量、壁面努塞尔数、进出口压差和阻力系数的变化曲线,并将酒窝板和平板的热力性能进行比较,证明了酒窝板强化换热的效果。 最后,将酒窝板和平板的数值模拟结果与实验数据进行比较分析,表明数值模拟结果与实验结果比较吻合,进一步验证了数值模拟的可靠性。另外,将最佳规格的酒窝板与波纹倾角为β=60°时的波纹板进行了热性能评价,得出结论:在考虑了泵功率消耗时酒窝板的热效率与波纹板的热效率很接近。但酒窝板在制造工艺上具有加工方便、不易变形、承压能力强等优点。所以综合评价:酒窝板的经济适用性高于波纹板。
基于Fluent的大通径滑阀压力流量特性研究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎ ｈ ｅ ｓ ｅ ｆｏ Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｆａ ｓ ａ ｃ ｏ ｔ ｅ Ｐｒ ｓ ｕｒ ． ｗ ｒ ｏ ｍ ｎ ｅ ｏ ｌ
Ｆ ｕ ｎ ． Ｔ ｅ ｒ ｌ ｔ ｎ ｈ ｐ ｅ ｗ ｅ ｒ ｓ ｕ ｅ ｄ ｆ ｒ ｎ ｅ ａ ｄ ｆ ｗ ｒ ｔ ｔ ｉ ｅ ｅ ｔ ｐ ｎ ｎ ｔｔｅ ｖ ｌ ｅ ｐ ｒ ｗ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ． Ｔ ｅ ｒ － ｌｅ ｔ ｈ ｅ ａｉ ｓ ｉ ｓｂ ｔ ｅ ｎ ｐ ｅ ｓ ｒ ｉ ｅ ｅ ｃ ｎ ｏ ａ ｅ ｗｉ ｄｆ ｒ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ａｖ ｏ ｔ ｅ ｅ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｏ ｆ ｌ ｈ ｆ ｏ ｈ ｈ ｅ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：Ｌ ｒ ｅ ｄ ａ ｔｒ Ｓ ｏ ｌｖ ｖ ； Ｆ ｕ ｎ ｏｔ ａ ｅ；Ｐ ｅ ｓ ｒ — ｏ ｅ ｏ ａ ｃ ｙ ｒｓ ａ ｇ － ｉｍｅ ｅ ； ｐ ｏ ａ ｅ ｌ ｌ ｅ ｔｓ ｆ ｒ ｗ ｒｓｕｅｆ 简单 、开 口可控 ，易 于 实现流量 、压力 控制 ，因而在各类液压控制 阀中应用 广泛 ，特别 是 在方 向控制 阀中应 用 最多 ，现有 的 比 例 、伺服 阀均是 采用滑 阀结构 。 滑阀式换向 阀通径一 般 为 ６～ ２ｍ ３ ｍ，个 别 电液 比例 阀达 到 ５ ｍ…；对 于通径大 于 １ ｍ的滑 阀， ２ｍ ６ｍ 常采用液动控制 或电液联合控制 。６ ｍ通径 以上 的 ０ｍ 滑 阀式换 向阀 ，市场上极其少见 ，相关 的研究报道也 很少 ，但一些重 大装备有应用急需 。 作者基 于 Ｆｕｎ 仿 真软件 ，对 拟研制的大通径滑 ｌｅｔ 阀式换 向阀的阀 口压力 一流量特性进行研究 ，探讨 阀 口开度 、阀 口压差及 流量之间 的关系 ，为进一步研发 额定流量 为 １ ０ ／ ｉ ０Ｌ ｍｎ的大通径 滑 阀式 换 向阀奠定 ５ 定 的技术基础 。
基于Fluent的复杂边界条件流动传热数值模拟
2016年第1期信息与电脑China Computer&Communication计算机工程应用技术目前，对于航空发动机内部燃烧室内部部件的设计，相比之前，需要更高的温升和更强的耐热性，这也不可避免地带来一些问题：比如油气之间的匹配问题、燃烧室火焰筒及涡轮叶片的冷却等。
目前，在推重比8一级的温升水平基础上，发动机10一级的发动机燃烧室温升水平较此提高了约200℃，采用的技术是对流气膜冷却或浮动壁的冷却技术。
我们若希望提高发动机燃烧室的温升水平，就要想办法解决恶劣的火焰筒工作条件带来的安全和可靠性问题。
目前，解决的方法通常是以下两种：一种采用先进的气膜冷却技术，还有一种就是火焰筒材料的许用温度如何提高。
在现代航空发动机中，热容量和温度上升都很高，传统的气膜冷却技术已无法满足现代航空燃烧室的日益发展了。
因此，我们需要积极寻求新的、高效的冷却方法。
本文使用了Fluent软件对冲击-发散复合冷却方式进行了数值模拟，通过改变吹风比M，相邻孔间距与发散孔径比(Pi/dm或Pm/dm)，得出了这三个数值的大小对冷却效率的影响，并利用这个基本特征对流场与温度场进行模拟分析，总结出一定的规律。
１ 计算方法1.1 物理模型我们采用Fluent软件中的分离隐式求解器对各个物理量进行了三维稳态计算，控制方程的通用形式如公式（1）所示：（1）式中，ρ表示流体的密度，ϕΓ和ϕS表示变量ϕ所对应的有效扩散系数和源项。
dm设定为1.0mm，其含义是发散孔直径，tm设定为=1.8mm，其含义是发散孔板厚度，Sm表示沿主流流向的相邻发散孔间距，Pm为展向的相邻发散孔间距；di设定为1.5mm，表示冲击孔直径，ti设定为1.8mm，表示冲击孔板厚度，Si表示沿主流流向的相邻冲击孔间距，Pi表示沿展向的相邻冲击孔间距。
其中，H/di的值为2.0，表示冲击间距与孔径比，Pi=Pm=2Si=2Sm，两壁之间的缝高H=3.0mm。
冲击孔与发散孔的排列布置方式为叉排正菱形，展向上的流动具有一定的相似性，因此我们选取沿流向上第19排孔作为研究区域，简化对称性边界条件后，选取宽度为Pi的两排孔作为研究区域。
聚合物在低剪切阀内流态判别与数值模拟
聚合物在低剪切阀内流态判别与数值模拟
聚合物在低剪切阀内的流态判别与数值模拟
【摘要】通过流变性试验，认为聚合物溶液符合非牛顿流体幂率模式，建立非牛顿流体在环形空间内的流态判别模型。
运用fluent软件进行数值模拟，得出聚合物溶液在低剪切流量控制阀内的流动规律，并得到不同配注量下产生的节流压差，结果表明低剪切阀具有较好的节流作用，产生的节流压差能够满足扩张式封隔器的坐封条件。
试验数据表明，流量在33～62m3/d间的节流压差达到5.98mpa，粘度保留率达到90%以上。
【关键词】低剪切流量控制阀；聚合物；流态判别；节流压差；粘度保留率
在双管注聚过程中，为减少聚合物的粘度损失研制出低剪切流量控制阀。
聚合物在阀内流动时，分子链始终处于拉长、收缩的变形中，消耗在这个过程中的能量形成节流压差。
聚合物分子链变形的同时又不断恢复，能够降低粘度损失。
聚合物溶液每流过低剪切流量控制阀内的一个降压槽，过流面积从小到大变化一次，流速从高到低变化一次，流态及流场分布也相应产生一次变化，为研究这个变化规律，对低剪切流量控制阀进行数值模拟。
1.流体性质
聚合物溶液为高分子溶液，属于粘弹性的非牛顿流体。
对注聚采用的聚合物溶液进行流变性实验。
分别测得不同剪切速率对应的剪切应力值（γ1，τ1），（γ2，τ2），…，（γn，τn）。
通过对实验数据进行拟合分析，认为聚合物溶液符合非牛顿流体幂律模。
基于CFD的球阀三维流场数值模拟
中图分 类号 ： ￥ ２ ７ ７ ． ９ ；Ｔ Ｈ ３ ２ ６ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ：１ ６ ７ ４— ８ ５ ３ ０（ ２ ０ １ ３ ） ０ ２— ０ １ ５ ７— ０ ５
ｇ ａ ｓ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ２ ５ ％ ，５ ０ ％ ａ ｎ ｄ ７ ５ ％ ａ ｎ ｄ ｖ ａ ｌ ｖ ｅ Ｓ ｏ ｐ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｈ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ａ ｔ ３，５ ａ ｎ ｄ ７ ｍｍ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ，ｖ ｅ ｌ ｏ —
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｚ ｈ ｅ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｈａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ， Ｚ ｈ ｅ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ３ １ ０ ０ １ ４， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 软件 ， 将标准 ｋ — 湍流模型与多相流技 术相结合 ， 采用 Ｓ Ｉ Ｍ Ｐ Ｌ Ｅ算法， 对新型转子式油气 混输 泵 出 口球 阀 内的三 维 气液 两相流 场进 行数值 模 拟． 在 容 积含 气率 为 ２ ５ ％， ５ ０ ％， ７ ５ ％ 的不 同 工 况下 ， 通 过 对球 阀开 启 高度 分 别 为 ３ ， ５ ， ７ ｍ ｍ 时 的速度 场 、 压 力场 与 气液 相 分布 的分 析 ， 探 讨 在 气液混输过程中阀的开启 高度及 不 同气液 比对 阀内流场的影响规律． 模拟结果表 明： 球 阀开 启高度越大， 阀球上 下压差越 小； 阀隙流速随着开启高度的增 大而减小． 在 气液混输过程 中气相 介 质 主要 靠近 阀球 壁 流动 ， 同一 开启 高度 下 气 液 比对 阀 隙流 速 的影 响 较 小． 研 究结 果 直观 展 现 了球 阀内流场形态， 在一定程度上揭示 了气液两相介质在 阀 内的流动规律 ， 为新型转子式油气
球阀三维流场的CFD数值模拟及试验研究
球阀三维流场的CFD数值模拟及试验研究朱锦霞;焦伦龄;丁雪兴;赵志琦;吴啸;唐元清【摘要】为了探索球阀的流阻因数和流量系数随球阀开度的变化关系,运用Fluent 软件模拟了球阀的流阻因数和流量系数随球阀开度的变化关系,并运用实验验证了其正确性.结果表明:当球阀开度为25°时,球阀内部已形成了漩涡流动;当开度增大到40°时,形成稳定漩涡;当开度继续增大到80°时,漩涡基本消失.对于球阀的流阻因数,当开度小于30°时,急速下降;开度在30～40°之间,下降速度有所减慢;当开度大于40°时,下降极慢,无明显变化.对于流量系数,当开度小于40°时,增大缓慢;而在开度大于40°时,增大速度迅速加快.【期刊名称】《机械制造》【年(卷),期】2016(054)005【总页数】3页(P82-84)【关键词】球阀;流阻因数;流量系数;开度【作者】朱锦霞;焦伦龄;丁雪兴;赵志琦;吴啸;唐元清【作者单位】兰州理工大学石油化工学院兰州 730050;方正阀门集团有限公司浙江温州 325105;兰州理工大学石油化工学院兰州 730050;兰州理工大学石油化工学院兰州 730050;方正阀门集团有限公司浙江温州 325105;方正阀门集团有限公司浙江温州 325105【正文语种】中文【中图分类】TH134随着经济的快速发展，阀门行业也得到了快速发展。
球阀因流体阻力小、结构简单、密封可靠、节省能源、流向不受限制、启闭快、适用范围广等优点，近年来在工业管道中得到广泛应用［1-3］。
随着计算机技术和计算流体力学的发展，运用计算流体力学（CFD）软件可以直观地观察流场的流动状态、计算泄漏量和研究流量特性［4-5］，可见，应用CFD方法对流场进行分析已经成为泵阀领域的研究热点［6-8］。
1.1 球阀结构球阀主要由球体、阀座、阀杆、中体、左右体和下盖等组成，图1所示为一种固定式硬密封球阀与阀座结构示意图。
基于Fluent的气力输送弯管流场仿真模拟
2020年增刊前言水泥工程系统粉体物料的主要输送方式是气力输送，包括气力输送泵，气力提升泵，仓式泵，料封泵，空气输送斜槽等设备。
气力输送系统由气力输送设备和管道组成，在输送过程中，由于粉体和输送管道的相互作用，导致输送过程效率下降，同时粉体颗粒对管道造成冲蚀磨损。
计算流体力学（CFD ）是计算机辅助工程（CAE ）的主要分支，广泛应用于科学研究、工程设计中。
Fluent 是目前国际上通用的商用CFD 软件包，用于模拟复杂条件下的流动、热传递和化学反应。
本文基于Fluent 软件对气力输送管路的弯管两相流场进行了定性仿真模拟，简要介绍Fluent 程序求解步骤，为输送管路的优化设计和复杂流体分析提供理论依据。
1模型建立本文选用某工程输送管道一段80°弯管建立简化模型：弯管内径d =150mm ，弯管半径R =300mm ，进口直段长度500mm ，弯管出口角度80°，出口直段长度500mm ，模型剖面示意见图1。
入口出口50050080°150ΦR 300图1弯管模型基于Fluent 软件平台对流场的模拟包括：（1）前处理器：可以通过GAMBIT 模块建立计算模型、进行网格划分，也可以通过导入其它主流建模软件模型或中间格式，使用Fluent Meshing 模块划分网格；（2）求解器：基于Fluent 进行参数设置和求解计算。
求解器是流体计算软件的核心．可对基于非结构化网格进行求解；（3）后处理器：通过对计算结果的后处理，实现图形图表化的输出显示。
本次使用SolidWorks 软件3D 建模，导入FluentFlow Meshing 模块进行划分网格，网格划分质量会直接影响到计算结果。
为了平衡计算工作量和计算的准确性，此次计算共划分弯管六面体网格数量75540个。
经检查网格质量良好，见图2。
图2弯管网格模型2求解计算粉体颗粒随高速气流在管道里流动，气体是连续相，粉体是离散相，这是典型的气固两相流模型。
基于Fluent的裂隙注浆数值模拟及试验研究
基于Fluent的裂隙注浆数值模拟及试验研究介绍运用fluent成功的建立岩体裂隙注浆堵水模型，并通过山东大学研制的准三维裂隙注浆模型系统验证裂隙注浆堵水模型的浆液扩散形态及静压分布。
通过室内试验得到在动水条件下注浆过程中浆液产生的注浆压力随浆液扩散的分布规律。
标签：Fluent；水泥浆液；注浆扩散形态；压力分布规律；模型试验；数值模拟0 引言注浆技术能够达到改善岩土体的物理力学性质的目的[1]。
虽然注浆已经经历了飞速的发展，但是注浆理论仍远远落后于工程上的实践，理论的完善与进展是相当缓慢的[2]，其中动水及静水条件下的裂隙突涌水注浆理论虽然取得了初步发展，但同样滞后。
注浆数值模拟研究同样落后于工程实践。
本文采用室内试验与FLUENT数值模拟相结合的研究方法[3]，用山东大学研制的准三维裂隙注浆模型系统得到在动水条件下注浆过程中浆液产生的注浆压力随浆液扩散的分布规律，同时验证FLUENT裂隙注浆堵水模型的浆液扩散形态及静压分布.1 岩体裂隙注浆堵水模型1.1 建立岩体裂隙注浆堵水模型数值模拟的目的是建立一个模拟在动水条件下裂隙注浆的模型。
通过Fluent 前处理软件Gambit建立三维注浆几何模型及网格划分，其中长方体是模拟裂隙，宽度为2m，长度为4m，厚度为0.02m。
圆柱体是模拟注浆管，长度为1m，半径为0.025m。
1.2 不同注浆速度的数值模拟岩体裂隙注浆堵水模型取动水和浆液的两相流，动水速度取0.6m/s，浆液速度分别取0.6m/s和1.6m/s，分别取注浆35s和注浆100s时的相液扩散形态表明：注浆速度为1.6m/s时与注浆速度为0.6m/s时扩散形态及变化完全一致，先在动水条件下呈近似椭圆型扩散，稳定后呈现U型扩散；注浆速度为1.6m/s时比注浆速度为0.6m/s时扩散范围更广，开度更大。
从压力曲线可以得到以下规律：（1）入水口处到注浆管处水的静压基本保持不变；（2）注浆管处的浆液静压变化很大，到注浆孔处，浆液的静压与水的静压基本相同。
基于FLUENT的二维阀空化与压力脉动的特性研究
基于FLUENT的二维阀空化与压力脉动的特性研究
赵永华;阮健;丁川;郜峰
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2022(41)18
【摘要】二维阀将先导级和功率级集成在一个阀芯上,易于实现阀的快速工作和高频响应,具有结构简单、性能稳定、功重比大等优点。
其先导级节流口引发的空化现象,是致二维阀压力脉动、振动和噪声的重要原因。
通过数值计算,对阀口一个启闭周期内流场的空化特性和压力脉动进行分析可知:二维阀先导级流场中,节流口下游一侧的阀套斜槽区是空化发生的主要区域;阀口闭合一侧节流口处的速度最大值(108 m/s)高于开启侧节流口处的速度最大值(97.8 m/s),且高速持续时间长了0.2 s;阀口开启时程的空化程度严重,受此影响,闭合时程的空化区域面积较大;二维阀先导级流场的空化会引起压力脉动,近壁面压力脉动集中在50 Hz以内,阀套斜槽内的压力脉动呈宽频特性。
【总页数】8页(P228-235)
【作者】赵永华;阮健;丁川;郜峰
【作者单位】浙江工业大学机械工程学院;嘉兴职业技术学院智能制造学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH137.52
【相关文献】
1.基于Fluent金属橡胶微流量阀流量-压力特性研究
2.可压缩空化流动空穴演化及压力脉动特性实验研究
3.不同空化条件下轴流泵反向发电压力脉动特性研究
4.基于Fluent滑动网格对非全周开口滑阀阀口空化现象的研究
5.调节阀内瞬态空化压力脉动特性分析
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第1期(总第164期)2011年2月机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATIONNo.1Feb.
文章编号:1672-6413(2011)01-0025-02基于Fluent的不同阀芯与阀体组合的数值模拟研究闫登强,卿德藩,李 岚,邹家柱,艾青锋(南华大学机械工程学院,湖南 衡阳 421001)
摘要:从理论上分析液压节流阀的最佳结构形状,利用Fluent软件对不同结构阀芯与阀体组合形式内的流场和压力梯度进行分析。分析得出:单独改进阀座或阀芯时,阀芯对内部流体流动影响较大;在所建立的模型中,双锥面阀座与单锥面阀芯结构的组合阀内流体流动最稳定。关键词:Fluent;流场;压力梯度;节流阀;数值模拟中图分类号:TH137.52+2 文献标识码:A
收稿日期:2010-07-28;修回日期:2010-09-21作者简介:闫登强(1985-),男,四川通江人,在读硕士研究生。
0 引言阀类元件是液压系统中重要的控制元件。各种控制阀均是在油路中设置障碍,阻碍或节制流体的流动,以达到所要求的控制效果。阀内流体的流动情况对阀的冲击及噪声有很大的影响,因此研究阀内流体的流动情况有重大的意义。王东等人对水压节流阀的新型设计及其计算进行了研究[1],张晓东等应用Fluent对锥形节流阀的流场进行了数值模拟[2],杨国来等对不同开度和压差下的流场进行了仿真分析[3]。随着CAD/CAE技术的发展,尤其是计算流体动力学技术的发展,对节流阀进行流场数值模拟成了目前对节流阀进行设计及优化的重要手段。本文对传统的阀体与阀芯结构提出了几种改进方案,应用Fluent对其内部流场及压力场进行分析,并与传统结构进行比较。1 模型的建立及求解方法1.1 物理模型的建立根据实际情况,首先在Pro/E中建立普通节流阀的结构模型,然后建立改进型的阀芯与阀座结构模型,如图1所示[4]。本次模拟共构建了区别于普通结构(见图1(a))的9种模拟模型,图1(b)是将阀座沉割槽及其阀芯改为锥面形式,锥角均为90o;图1(c)是将阀座沉割槽及其阀芯改为圆弧面形式;图1(d)为将阀座沉割槽改为双端锥面,在靠近进油口其锥角为90o,另外一个锥面的锥角为130o,阀芯为单锥面且锥角为130o。其余6种模型是分别只改阀芯或阀座结构得到的,其单独结构形式和图1(b)～图1(d)的阀芯与阀座相同。1.2 计算方法由于模型具有面对称性,采用1/2模型进行计算。在Gambit中进行网格划分,在入口与出口处采用较粗的网格,阀口节流处的速度和压力梯度较大,对此处网格进行局部细化处理。所有的阀都在20%的开度下模拟内部流场与压力梯度的情况,在Fluent软件中采用求解压力耦合方程组的半隐式SIMPLE方法求解,紊流模型采用标准k-双方程。流体密度为863kg/m3
,动力粘度为
0.05Pa・s[5,6]。入口速度为5m/s,入口湍流参数设定为入口湍动能k和湍流流动耗散率。出口设定压力出口,流体出口压力设定为0MPa。设置对称边界条件,对称法向速度为零,对称的所有变量的法向梯度为零[7]。
图1 不同结构的阀座与阀芯组合2 结果分析与讨论2.1 速度矢量图及其分析图2是不同阀芯及阀座结构中流体的速度矢量图。从图2中可以看出不同阀座与阀芯的节流阀中的流动情况不尽相同。图2(a)中内部流体流动的速度最高可达到11m/s,而且整个内部湍动最大,分布极不均匀;图2(b)只改变阀座结构,沉割槽处的锥角为90o,整个速度场及湍动分布没有根本的改变;图2(c)只改变阀芯结构,阀芯为一个锥面,锥角为90o,得到的速度场比前面两种结构有所改观,内部湍动分布比前两种要均匀。本次模拟对阀芯和阀座单独改进结构做了很多种方案并进行了分析,得出阀座结构比阀芯结构对阀内流体流动影响要小。随后对阀座和阀芯都进行改进,从图2(d)～图2(f)的速度矢量图可以看出,这3种形式的阀座、阀芯结构中流体流动情况有明显的改善。比较这3种结构内部流体流动情况可以看出:图2(f)中的最大流速达到11.7m/s,尽管它的内部流速要大于没有改进的阀结构,但是它的内部湍流情况要比没改进的小且均匀,但在后3种的流动情况中最差;图2(d)中流体的最大速度比图2(f)的要大,但在整个阀内湍动比较均匀,其流动分布均匀性在这3种结果中最好;图2(e)中的最大流速比图2(d)的要小,但内部湍动比图2(d)的均匀性要差,但只略差于图2(d)。因此,在整个所建立的改进模型中,从速度矢量可以看出双锥面阀座与单锥面阀芯结构组合的流动情况最好。
图2 不同阀芯与阀座结构中流体的速度矢量图2.2 压力分布图及结果分析图3给出了不同阀芯与阀座阀腔内部压力分布图。图3的横坐标表示阀腔内中截面的位置量。从图3(a)～图3(d)中可以看出:普通阀结构的内部最高压力最高,但不会产生负压(负压会产生气穴,破坏流体的连续性)。从图3(c)中可以看出:圆弧面结构的节流阀产生了负压,尽管其最高压力最小,但是其压差与普通节流阀的压差一样都很大。从图3(b)和图3(d)中可以看出:锥面阀与双锥面阀结构的节流阀在阀芯边产生负压,但这种负压产生的区域极小,可以通过改变阀座的开度大小来避免产生负压。从图3(d)可以看出:双锥面的最高压力最小,而且在阀腔内流体的压差也最小。因此可以得到这样的结论:圆弧面阀的最高压力很小,但是压差很大,在内部产生了很大的负压;双锥面阀座结构的最高压力相对较小,且内部压差在这4种中最小。因此,双锥面阀座、单锥面阀芯结构组合时节流阀内部流动稳定性最好。3 结论通过建立不同结构的仿真模型,再通过应用Fluent软件进行计算,分析其阀腔内流体的速度矢量及压力梯度,得出如下结论:(1)在单独改进阀座或阀芯结构时,阀芯结构比阀座结构对内部流体流动的影响要大。(2)普通的阀座与阀芯结构流动稳定性比较差。(3)圆弧面的阀芯与阀座组合形式内部最高压力最小,但压差很大并产生负压,流动也很不稳定。(4)双锥面阀座结构与单锥面阀芯结构组合时,阀腔内流体的流动最稳定。以上结论对改进阀座、阀芯的结构有很大的参考价值,从而可通过改进阀芯与阀座结构来减小流体对阀芯的冲击以及由于压差过大造成的阀泄漏等。(下转第29页)
・26・ 机械工程与自动化 2011年第1期 Structures,1978,9(5):489-494.[5] 李云贵,赵国藩.结构可靠度的四阶矩分析法[J].大连理工大学学报,1992,32(4):455-459.[6] 吕震宙.结构机构可靠性及可靠性灵敏度分析[M].北京:科学出版社.2009.
MATLAB-basedFourMomentMethodforReliabilityandOptimizationDesign
LIUYan-ming,ZHANGXue-liang,YANGBo(TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,China)Abstract:ThispaperpresentsanMATLAB-basedmethodcalculatingmechanicalreliability,whichcanbeusedinconditionthatthedataisinsufficientbuttheinformationissufficienttowritethefourthmomentofsamples.Andanoptimizationdesignmethodhasbeenintroducedonthebasisofreliabilitycalculationbyanexample.Keywords:MATLAB;fourthmoment;reliability;optimizationdesign
(上接第26页)
图3 不同阀芯与阀座阀腔内部压力分布图参考文献:[1] 王东,路全弄,刘文健,等.水压节流阀的新型设计与计算[J].武汉工程职业技术学院学报,2010,22(1):5-8.[2] 张晓东,李俊华.基于FLUENT的锥形节流阀流场数值模拟[J].石油矿场机械,2009,38(9):50-52.[3] 杨国来,杨长安,刘志刚,等.节流阀小开度下流场仿真和最小稳定流量研究[J].机床与液压,2009,37(9):109-111.[4] 梁利华.液压传动与电液伺服阀系统[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2005.[5] 韩占忠,王敬,兰小平.FLUENT:流体工程仿真计算实例与应用[M].北京:北京理工大学出版社,2004.[6] 练章华,刘干,易浩,等.高压节流阀流场分析及其结构改进[J].石油机械,2004,32(9):22-24.[7] 魏存祥,腾龙,王勇刚,等.固定节流阀流场数值模拟研究[J].石油矿场机械,2008,37(5):47-49.NumericalSimulationofThrottleValveswithDifferent
SpoolandValveBodybyFluent
YANDeng-qiang,QINGDe-fan,LILan,ZOUJia-zhu,AIQing-feng(CollegeofMechanicalEngineering,UniversityofSouthChina,Henyang421001,China)Abstract:Thispaperanalyzedtheoptimalstructureofhydraulicthrottlevalvetheoretically,andstudiedtheflowfieldandpressurefieldofthrottlevalveswithdifferentstructurecombinationofspoolandvalvebodybyFluent.Theresultsshow:changingthestructureofvalvespoolhasmoreinfluenceontheinternalfluidflowofvalvethanchangingthestructureofvalveseat;thefluidflowofthethrottlevalvewithdouble-conevalvespoolandsingle-conevalveseatisthemoststable.Keywords:Fluent;flowfield;pressuregradient;throttlevalve;numericalsimulation
・29・ 2011年第1期 机械工程与自动化