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弹簧加载止回阀CFD

6月前浏览6777

摘要

本文介绍了使用CFD技术模拟弹簧加载止回阀的性能测试,特别是流量与阀门开启大小的关系。通过二维模型与细化网格,设置液态水为介质和特定的边界条件,采用稳态求解获得了速度、压力和阀门推力的数据。进一步利用流量系数Cv的概念和计算公式,推导了使阀门行程为4mm时的理论流量和对应速度,并通过模拟验证了计算结果,探讨了计算偏差。文章还提醒了在高流量下可能出现的阻力危机现象,对读者提出了进一步探索的建议。


正文


正文共: 1080字 9图    预计阅读时间: 3分钟

1 前言

随着CFD技术的兴起,阀门的性能测试可以从费时费力的实验中解放出来,采用CFD方法获得流量系数Cv是一个非常可靠的手段。之前,我们做过一个截止阀的模拟案例,接下来我们的模拟对象为单向阀。单向阀的模拟严格意义上将是一个流固双向耦合问题,当然了,由于阀瓣自身的变形可以忽略,因此实际上就转化为流体+6DOF刚体运动模拟。除非要研究阀瓣启闭的动态行为,否则也没有必要进行上述的模拟,因为计算量大大增加,要结合动网格或者重叠网格技术,模拟门槛也提高了。我们研究的问题为流量与单向阀开启大小的关系,因此采用常规的流体稳态模拟即可。之前我们先对旋启式止回阀(swing check valve)进行模拟,今天我们研究一下弹簧加载止回阀,目标同样为获得某个开度下的流量要求,注意是开度先确定,再反推流量值,否则就只能采用6DOF技术了。

2 建模与网格

创建如下简单的二维平面模型,弹簧未建模,模型中的阀门已行程了4mm。划分四边形网格,对阀门附近网格进行细化,划分边界层3层,总节点数7648,最小正交质量0.49。

3 边界条件与求解设置

介质采用默认液态水。
左侧入口速度0.05m/s,右侧出口为压力出口,表压0Pa。
稳态求解。

4 计算结果

我们先看一下速度和压力云图
计算一下阀门所受到的推力,约为0.015N,方向为+x。
接下来,我们重点讨论流量和阀门开度的对应关系计算方法。我们知道,阀门的流量系数和流量存在如下关系式。
ΔP为阀门前后压差,同时这个压差也是驱动阀门开启的动力源。而Cv又可以通过CFD计算结果获得,也就是
因此,假设刚好使得阀门行程4mm的驱动压差为ΔPLift,同时其流量为qREQ,则存在如下的关系式。
上式中,qCFD和FCFD都通过仿真计算求得,本案例为0.0005081m3/s和0.015N。
假设弹簧刚度为5N/m,那么使阀门开启4mm的力为Flift=kx=0.02N。因此根据上式可以计算得到对应的流量qREQ=0.00587m3/s,亦即入口速度为0.05773m/s。
我们将该速度作为入口边界重新进行计算,得到推力Fcfd约为0.0187N,与Flift相差约6.5%,此偏差为计算偏差。
但是,到这里需要指出的是,对于本案例的模型,阀门本体为圆形,随着流量增大可能会出现阻力危机现象。一旦出现该现象,则流量增大,推力反而减小,此时上述的方法将会失效,感兴趣的读者可以自行测试一下。关于阻力危机,之前我们有过相关案例,读者朋友可以在本号搜索相关内容。
参考文献
[1] CHECK VALVE FLOW AND DISK LIFT SIMULATION USING CFD

来源:仿真与工程
动网格
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首次发布时间:2024-06-01
最近编辑:6月前
余花生
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