插座阀芯关闭过程内部流场数值模拟研究

发布时间：2020-11-12 03:19

　　 为研究插座阀芯关闭过程中内部流场的瞬态演化以及阀芯所受液动力大而导致延迟关闭的问题,运用Fluent动网格技术和UDF对阀芯关闭过程中的插座内部流场进行数值模拟。建立了原始与改进阀芯的插座模型,分析了不同阀芯固定开度下的稳态液动力以及阻力水头损失情况,探讨了阀芯关闭插座的瞬态演化过程以及该过程中阀芯所受的瞬态液动力情况。分析结果表明,改进阀芯所受到的稳态液动力和阻力水头损失均比原始阀芯有所降低且在阀芯开度约为1.25mm时均出现迅速增加;在瞬态演化过程中改进阀芯所受到的瞬态液动力在6.50ms之前与原始阀芯基本相近,而在6.50ms后明显小于原始阀芯所受到的瞬态液动力且内部流场变化平缓。因此,改进后的阀芯对插座在短时间内关闭而产生的延迟问题有着良好的改善。
【部分图文】：

插座全开状态下的结构，如图1(a）所示。在阀芯顶端失去支撑和在复位弹簧的作用下阀芯向左移动，此时阀芯将通路截断从而关闭插座。阀芯全开状态下的△L=19.9181mm，建立阀芯不同开度下的几何模型。阀芯全开状态下插座流场的几何模型，如图1(b）所示。插座阀芯在关闭过程中受到弹簧力、液动力和黏性阻力三者的共同作用，由于介质的黏度较小，忽略黏性阻力，因此在插座的设计过程中弹簧力和液动力的计算就变得尤为重要。利用Hooke定律可以确定弹簧力，而作用在阀芯上的液动力难以用解析法求得；运用Fluent软件对适当简化的原始和改进阀芯的插座3D模型进行数值模拟，得到关闭过程中作用在两种阀芯上的液动力和内部流场情况，同时计算了不同开口条件下的稳态液动力和流阻情况，如图2所示。

插座阀芯在关闭过程中受到弹簧力、液动力和黏性阻力三者的共同作用，由于介质的黏度较小，忽略黏性阻力，因此在插座的设计过程中弹簧力和液动力的计算就变得尤为重要。利用Hooke定律可以确定弹簧力，而作用在阀芯上的液动力难以用解析法求得；运用Fluent软件对适当简化的原始和改进阀芯的插座3D模型进行数值模拟，得到关闭过程中作用在两种阀芯上的液动力和内部流场情况，同时计算了不同开口条件下的稳态液动力和流阻情况，如图2所示。3 数值方法及边界条件

将上述不同开度下计算出的阻力水头损失hw连成曲线，如图3所示。由图可知，随着阀芯开度△L的减小，hw先经过一段平缓增加过程，到达开度约为1.25mm时，hw增加速度迅速提升，由此可知，开度越大对降低流阻损失越有利；相比两种阀芯结构，改进后的阀芯所在流域的阻力水头损失总是略低于原始的阀芯所在流域的阻力水头损失。4.2 不同开度下稳态液动力
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本文编号：2880163