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V型球閥調節性能和流動特性三維解析

發表時間：2022-6-26, 編寫人:上海川滬閥門有限公司

1. V型球閥模型

圖1：V型球閥的三維結構示意圖

以DN50可拆式V型球閥為對象開展研究，圖1是V型球閥的三維結構示意圖。電動執行器與閥桿相連接，給電動執行器通電后，閥桿隨著電動執行器轉動，進而帶動閥芯運動。閥芯轉動改變了V型球閥的流通面積，從而實現了V型球閥的調控功能。錐角是閥芯的主要特征結構，因此，設計加工了閥芯為錐角截流形狀的V型球閥（見圖2），并分別對錐角為30°、45°、60°、75°和90°V型球閥的調節性能和內部流動特性進行了對比分析。

圖2：閥芯結構示意圖

2．計算區域三維建模

在建模階段，首先對V型球閥實體進行測繪，獲得各個零部件的實際尺寸，然后利用Solidworks對V型球閥及閥門前后流道進行建模。將閥門前后流道分別延伸10倍閥門口徑，以保證來流的充分發展及計算的準確性。圖3所示為數值計算流道三維示意圖。與前文類似，V型球閥的計算區域同樣分為閥門進口前流道、閥門出口后流道、閥芯流道和間隙流道4個部分。

圖3：V型球閥數值計算流道三維示意圖

3．網格劃分

利用ICEM軟件對V型球閥的閥前、閥后、閥芯和閥門間隙4個流域分別進行網格劃分，并對V型球閥的閥芯和閥門間隙處進行網格加密處理。為了驗證計算網格的合理性，將流體區域網格分別劃分成150萬、200萬、250萬、300萬、350萬、400萬及450萬，并開展數值計算。圖4所示為閥門流量系數和阻力系數隨網格的變化規律。由圖中可知，當網格數量大于300萬時，流量系數和阻力系數基本不隨網格的增加發生變化。因此，后續計算將按350萬網格數開展。

圖4：網格無關性驗證

采用Realable k-ε湍流模型對閥門內部湍流場進行計算，壁面函數選用標準壁面函數。進出口邊界條件根據實驗數據進行設置。同時采用滑移網格技術對球閥瞬態調控過程進行數值模擬。