偏心蝶式止回閥開(kāi)啟性能瞬態(tài)分析

　　采用計算流體力學(xué)分析軟件Autodesk Simulation CFD 及其重疊網(wǎng)格技術(shù)，對偏心蝶式止回閥的兩種閥板結構分別進(jìn)行了開(kāi)啟特性瞬態(tài)分析�；�于粘性可壓縮流動(dòng)Navier - Stokes 方程進(jìn)行了湍流非定常計算，對兩種閥板結構的閥板運動(dòng)狀態(tài)、閥內的壓力分布和速度矢量進(jìn)行了分析及對比。結果表明，原閥板結構開(kāi)啟過(guò)程中存在不穩定且未達到預期的全開(kāi)狀態(tài)，改進(jìn)閥板結構開(kāi)啟過(guò)程中閥板開(kāi)度呈線(xiàn)性增加且穩定在全開(kāi)位置。

1、概述

　　蝶式止回閥由于結構簡(jiǎn)單、體積小、阻力損失小等特點(diǎn)在流體工藝系統中得到了廣泛的應用。由于止回閥的閥板受水流驅動(dòng)，在開(kāi)啟過(guò)程中可能存在不穩定現象，甚至無(wú)法達到預期開(kāi)度，因此加強對其開(kāi)啟特性的分析是必要的。本文以偏心蝶式止回閥( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)止回閥) 為研究對象，建立了閥板運動(dòng)模型，采用Autodesk Simulation CFD 軟件分別對原閥板結構、改進(jìn)閥板結構開(kāi)啟過(guò)程中的閥板運動(dòng)特性開(kāi)展了瞬態(tài)分析。

2、研究對象

　　止回閥的轉軸中心與閥體中心、閥體密封面中心與閥體中心均為偏心設計( 圖1) ，公稱(chēng)通徑DN =300mm，閥板全關(guān)到全開(kāi)行程為55°，閥板中心開(kāi)有泄壓孔。止回閥豎直安裝在管道中，流動(dòng)介質(zhì)是溫度為265. 6℃，壓力為15MPa 的水。閥門(mén)用于布置空間緊湊的流道中，入口難以保證足夠長(cháng)度的直管段，導致閥門(mén)入口流場(chǎng)不均勻，常規閥板結構易出現啟動(dòng)及運行不穩定狀態(tài)，因此對常規閥板結構做了改進(jìn)。改進(jìn)后，閥板上端增開(kāi)了壓力平衡孔，閥板下端增設了擋水環(huán)( 圖2) 。

3、數學(xué)模型

3.1、基本控制方程

　　為了便于建立數學(xué)模型并開(kāi)展流場(chǎng)瞬態(tài)分析，對閥內流動(dòng)設定假設條件。①流域為可壓縮粘性流動(dòng)過(guò)程。②假設液固界面為無(wú)滑移邊界，即邊界處速度為0。閥內流體流動(dòng)是一個(gè)復雜的湍流流動(dòng)過(guò)程，描述流體在閥內流動(dòng)的數學(xué)模型為連續性方程、動(dòng)量方程( N - S 方程) 和湍流脈動(dòng)動(dòng)能方程，湍流方程采用標準k - ε 模型。

圖1 偏心蝶式止回閥

圖2 改進(jìn)后閥板

結語(yǔ)

　　(1) 通過(guò)對兩種閥板偏心蝶式止回閥的開(kāi)啟過(guò)程瞬態(tài)分析，受水流驅動(dòng)時(shí)，原閥板表面壓力分布不均造成開(kāi)啟過(guò)程振蕩，不能達到全開(kāi)狀態(tài)，改進(jìn)閥板能夠快速開(kāi)啟且穩定在全開(kāi)狀態(tài)。

　　(2) 采用Autodesk Simulation CFD 的重疊網(wǎng)格技術(shù)模擬止回閥的開(kāi)啟過(guò)程，相對于靜態(tài)仿真可以更清晰地模擬整個(gè)開(kāi)啟過(guò)程中的閥板運動(dòng)狀態(tài)、壓力場(chǎng)和漩渦等特性，為合理設計止回閥流道結構提供參考。