蝶閥穩態與突變流場特性分析
運用FLUENT 軟件,分析了大口徑蝶閥速度穩定流場與速度突變流場的特性。結果表明入口速度突然由低速變至高速,將引起流場壓力值及流速的瞬間提升,繼而逐漸降低達到基本穩定,其峰值比高速下穩態的壓力、流速值更大。同樣當入口速度突然由高速變至低速,將引起流場壓力值及流速的瞬間降低,繼而逐漸升高達到基本穩定,其谷值比低速下穩態的壓力、流速值還低。此外,開度對突變流場回復穩定性有很大影響。
1、概述
蝶閥多用于各種流體介質的輸送管道,起著調節和截斷介質的作用。蝶閥性能對流體的輸送起著至關重要的作用,而對其流場的分析是研究蝶閥性能的基礎。蝶閥流場的實際流動情況比較復雜,例如閥門迅速啟閉、壓力不穩或遇到障礙等都會導致介質速度突變或漸變。本文利用FLUENT 軟件先分析蝶閥在穩態下的流動性能,在此基礎上考慮速度突變的情況,對蝶閥瞬態流場進行分析,了解其內部流場的詳細情況,作為流場在速度復雜變化情況下的分析基礎,以指導蝶閥的設計,改善其流動狀況。
2、基本計算方程
對于所有流動,都需要求解質量和動量守恒方程,若流動中還包含傳熱或可壓性流動,需要增加能量守恒方程。對于湍流問題,還需要選擇求解相應的湍流模型。
2.1、連續性方程
連續性方程即質量守恒方程。任何流動問題都必須滿足質量守恒定律。連續性方程是基于流場中質點尺寸的微元體所建立的質量守恒微分方程。流動的連續性方程為
5、結語
(1) 對比不同開度的穩態流場,開度增加引起流道變寬,流體對過流處沖擊減小,速度及壓力最大值均將減小,而且流動的不均勻性減弱,壓力分布越均勻,能量損失越小。
(2) 當速度突然增加后,壓力迅速變化,整個流場速度也隨之變化。整個變化過程內,無論壓力還是速度都出現先增后減直至穩定的過程,局部流場也有所變化。恢復原速度的過程中,壓力與速度值逐漸降低直至穩定。可見這與突變過程并非單純相反。
(3) 當入口速度由低速突變至高速時,蝶閥流場的速度最大值及壓力都會迅速增高,其峰值比高速下穩態流場的壓力、速度值更大,更容易帶來沖擊、振動和噪聲。
(4) 當入口速度由高速突降至低速時,蝶閥流場壓力會迅速降低,其谷值比低速下穩態流場的壓力值更小,更容易導致氣蝕現象的出現,引起局部液壓沖擊,影響蝶閥的性能。
(5) 速度突變后,蝶閥流場回復穩定的快慢與開度的大小有關。開度越大,回復穩定的速度越快。