闸阀阻力特性分析

林晓青，晏 宇

(沈阳盛世高中压阀门有限公司，辽宁 沈阳110142)

摘要：通过Flow Simulation软件，分析了闸阀在不同开度下介质的压力分布及流速分布，根据后处理结果给出了阀门的流阻特性和内部介质流动特性，并求解阀门不同开度下的阻力特性曲线。

关键词：闸阀;Flow Simulation;开度;阻力

1 概述

阀门的流阻系数是衡量流体流经阀门造成压力损失的指标，是表示阀门压力损失的一个无量纲系数。降低流阻不仅减少能耗，还能提高行业的经济效益。因此，阀门流阻系数为产品的优化、流体系统中能量消耗，提供了有效的数据。流阻系数取决于阀门类型、通径尺寸、流道结构、体腔形状及流道壁摩擦阻力等因素，阀门总的流体阻力系数，可以认为是各种因素造成压力损失的总和。当前研究流体运动规律的主要方式有试验法、理论分析法和CFD数值计算法，其中Flow Simulation是三维CAD无缝集成的CFD软件，可用于闸阀的数值模拟分析。

2  建模分析

2.1 建模

通过SolidWorks实体建模块建立分析数模(图1)，由于阀后介质流动较为复杂，为了保证出口端不出现涡流并使计算结果收敛，按照阀门流阻试验方法在阀门进、出口端连接一定长度的管道。将闸阀视为一个密闭容器，封闭所有开口端，可在“创建封盖”中完成。然后通过“检查模型”可以确定阀门是否完全密封。

2.2 初始条件设置

在“向导”中对阀门进行数据单位(SI)、分析类型(内部)、流体状态(水)及流动特征(层流和湍流)、壁面热条件(绝热壁面)及粗糙度(( 6. 3μm)等条件的确定。

2.3 网格控制

Flow Simulation是基于笛卡尔坐标系的结构划分网格，支持局部网格控制和自适应网格划分。

首先对阀门整体进行“全局网格设置”，然后对阀门中腔及闸板进行“局部网格设置”并在孔缝进行网格加密采用自适应网格控制。

经求解器显示(图2)，共划分网格值为28321其中流体网格14437，固体网格13884(图3)。

图1闸阀模型

图2主要运行参数及数值

2.4 边界条件设定

设定入口端速度3 m/s，出口端压力1 MPa。

2.5 计算

根据处理器设定的参数，对模型进行求解。

3 流通能力分析

以全开状态下的闸阀作为研究对象，经FlowSimulation软件运行，得到结果如图4、图5和图6。

通过流线图和数值参数，可以得到介质在阀门通道中的速分布和压力分布情况。

图3流道网格分布

图4速度分布

图5水压力分布

图6进、出口端的静压及流速

4 流阻系数计算

式中△P—阀门静压差，kPa

u—试验管道内水的平均流速，m/s

P—水的密度，kg /m3

按照全开状态的分析方法，分别对阀门不同开度下的状态进行运算(重复第2,3节方法，表1)。

表1流阻系数计算参数

图7不同开度阻力特性曲线

5 结语

通过Flow Simulation数据模拟仿真，分析了闸阀在不同开度下的内部阻力特性，计算结果给出了闸阀启闭状态合理的流阻分析。在阀门由关闭至50%开度时，其流阻系数逐渐减小。随着阀门开度的增大，其流阻系数缓慢减小。当开度大于80%时，其流阻系数变化较小，趋于平稳。