切換閥閥內流場(chǎng)數值模擬

　　采用Fluent軟件對切換閥流場(chǎng)進(jìn)行數值模擬，并對切換閥流量系數模擬值與實(shí)驗值比較，表明應用Fluent對切換閥進(jìn)行數值仿真模擬可靠，為切換閥結構優(yōu)化提供了理論依據。

1、概述

　　壓力容器和工藝系統的自動(dòng)超壓保護設備由2臺安全閥和1 臺切換閥組成，切換閥可保證實(shí)現無(wú)需停車(chē)的情況下對安全閥進(jìn)行在線(xiàn)檢修或更換。相關(guān)標準中規定，在被保護設備和泄壓閥之間不可恢復的壓力損失不能超過(guò)閥門(mén)整定壓力的3%。因此，研究切換閥的水力特性，對于降低能量損失以及指導閥門(mén)的設計有十分重要的意義。本文利用了Fluent 軟件對切換閥的內部流場(chǎng)進(jìn)行數值模擬，并對可視化結果以及流量特性進(jìn)行分析。

2、計算方法

　　2.1、計算模型

　　選取2 in. (50mm) 切換閥作為樣閥進(jìn)行仿真計算。切換閥的A口和B口與安全閥連接(圖1) 。當切換閥閥瓣將A口密封，A口處安全閥與系統隔離，為備用安全閥，B口處安全閥為在線(xiàn)安全閥(工況Ⅰ) 。如果閥瓣將B口密封，則A口處安全閥為在線(xiàn)安全閥，B口處安全閥為備用閥(工況Ⅱ) 。切換閥的流場(chǎng)區域是從切換閥的入口分別到A、B 兩個(gè)出口由閥體、閥座和閥瓣等所組成的三維空間。

　　為了減少計算量，對流場(chǎng)區域進(jìn)行簡(jiǎn)化。對固壁邊界不考慮切換閥零件組裝之間的小間隙以及對尖角部位抹平。由于整個(gè)流場(chǎng)區域從幾何形狀上看，相對于X-Y 面是對稱(chēng)的，所以真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為可假設整個(gè)流動(dòng)狀態(tài)也是面對稱(chēng)的。因此，計算域只取一半的流場(chǎng)區域(圖2) 。

圖1 超壓保護裝置

圖2 內部流場(chǎng)計算域

　　2.2、網(wǎng)格劃分

　　計算網(wǎng)格由Fluent的前處理器Gambit 軟件生成。因為閥體內腔的形狀和流動(dòng)狀態(tài)較復雜，所以采用非結構網(wǎng)格，總網(wǎng)格數為2.0 × 10⁵ ～3.0 × 10⁵。

3、結語(yǔ)

　　通過(guò)數值模擬得到的切換閥內部詳細的流動(dòng)情況表明，當水流流過(guò)拐彎處時(shí)，漩渦形成劇烈紊動(dòng)的分離回流區是水頭損失的主要原因，真空技術(shù)網(wǎng)(http://likelearn.cn/)認為應考慮對閥門(mén)閥內結構進(jìn)行圓滑過(guò)渡或優(yōu)化，從而減小漩渦及能量損耗，增大閥門(mén)的流通能力。數值模擬切換閥的流量特性與試驗數據相比偏差較小，表明數值模擬不僅能夠解決實(shí)際應用中存在的問(wèn)題，且能夠降低實(shí)驗研究的費用，提高閥門(mén)的研發(fā)效率。