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浙江三精閥門(mén)有限公司

主營(yíng)產(chǎn)品: 截止閥,減壓閥,旋塞閥,水力控制閥

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公司信息

聯(lián)人:
李延江
址:
浙江省永嘉縣甌北和二工業(yè)區(qū)
編:
325105
鋪:
http://www.niunang.cn/st17987/
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大口徑蝶閥內(nèi)部流場(chǎng)計(jì)算及其改進(jìn)

2014-10-18  閱讀(583)

對(duì)于大型輸水工程中的蝶閥來(lái)說(shuō),其主要特點(diǎn)在于口徑大、流量大。為降低輸水過(guò)程中的能量損耗,提高輸水效率,必須設(shè)法降低蝶閥的壓力損失,提高流量系數(shù)。

    1 計(jì)算模型

    1.1 幾何建模

    首先采用Solidworks軟件對(duì)蝶板進(jìn)行了三維造型(見(jiàn)圖1)。蝶板底部直徑為3.4m。蝶板上部設(shè)計(jì)為拱形結(jié)構(gòu),拱形內(nèi)部設(shè)計(jì)有若干格柵以提高水的過(guò)流面積。拱形兩側(cè)各有一個(gè)凸臺(tái)用于安裝蝶板的轉(zhuǎn)軸。

圖1 原型蝶板的三維造型

    初步分析認(rèn)為,拱形兩側(cè)的凸臺(tái)可能會(huì)引起流動(dòng)的紊亂,因此將其改造成流線型,其三維造型見(jiàn)圖2。

圖2 改進(jìn)型蝶板的三維造型

    1.2 計(jì)算建模

    計(jì)算模型采用三維N-S方程及標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型。其主控制方程為:

    式(1)中,Q為守恒變矢量;f,g,h分別為3個(gè)坐標(biāo)方向的通量,分別表示為式(2)~式(5):

    

    其中應(yīng)力項(xiàng)為第2頁(yè)式(6)。

    采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型進(jìn)行求解,具體方程見(jiàn)第2頁(yè)式(7)和式(8)。式(7)和式(8)中Gk為湍流動(dòng)能,ε為湍流動(dòng)能耗散率,σk和σε分別為k和ε的Prandtl數(shù),

        (6)

        (7)

        (8)

        (9)

    其中S為平均應(yīng)變速度張量的模量,μt為湍流黏度,

        (10)

    模型中的各常數(shù)取值如下:

    C1ε=1.44,C2ε=1.92,Cμ=0.09,σk=1.0,σε=1.3。(11)

    計(jì)算條件:流動(dòng)入口速度5m/s,入口壓力100kPa。

    2 計(jì)算結(jié)果及分析

    按閥前入口流速5m/s、入口壓力100kPa計(jì)算,采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)獲得了蝶板動(dòng)態(tài)過(guò)程中的流場(chǎng)變化(見(jiàn)圖3)。

圖3 閥門(mén)開(kāi)啟過(guò)程流態(tài)變化

    計(jì)算也給出了改進(jìn)前后兩種蝶板在水平(即全開(kāi))狀態(tài)下的繞流流線圖和壓力云圖(見(jiàn)圖4、圖5,第3頁(yè)圖6、圖7)。從流線圖可以看出,原型閥門(mén)蝶板附近的流動(dòng)比較紊亂,而改進(jìn)后的流動(dòng)則較為光順。反映到壓力上,從壓力云圖可以看出,改進(jìn)前后的壓力梯度具有明顯不同。原型蝶板在兩側(cè)凸臺(tái)和外側(cè)筋板上有明顯的壓力集中,容易造成結(jié)構(gòu)損壞,而改進(jìn)后蝶板的壓力分布則較為均勻。

圖4 原型蝶板流線(速度量)

圖5 改進(jìn)型蝶板流線(速度量)

圖6 原型蝶板壓力云(表壓)

圖7 改進(jìn)型蝶板壓力云(表壓)

    從計(jì)算結(jié)果看,改進(jìn)后的蝶板具有“大流量系數(shù)、小壓力損失"的明顯優(yōu)點(diǎn)。

    更具有工程實(shí)際意義的數(shù)據(jù)是流量系數(shù)和壓力損失系數(shù),本文的計(jì)算也分別給出了改進(jìn)前后的相關(guān)結(jié)果(見(jiàn)表1)。

表1 蝶板改進(jìn)前后的壓力系數(shù)和流量系數(shù)

    從表1的計(jì)算結(jié)果可以看出,改進(jìn)后蝶板的阻力降低約30%,壓差降低9%,壓力損失系數(shù)降低約9%,而流量系數(shù)則增加了5%。

    3 經(jīng)濟(jì)性分析

    該蝶閥閥板采用鑄造工藝成型。改進(jìn)后材料費(fèi)增加約5%,加工工藝沒(méi)有太大的變化,總的制造成本略有增加。但改進(jìn)后的閥門(mén)因具有流線形的兩側(cè)凸臺(tái),其結(jié)合部位的應(yīng)力集中情況得到很大改善,在大載荷工況下不易發(fā)生破壞,使得閥門(mén)故障率明顯降低,壽命則明顯延長(zhǎng);而且降低了輸水過(guò)程中的能量損耗,提高了工作效率。相比較而言,制造成本的增加*可以忽略不計(jì)。



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