作者模擬了氣動(dòng)輸送系統(tǒng)中物料流量調(diào)節(jié)閥的內(nèi)部流場(chǎng)，研究為閥門的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化以及氣動(dòng)輸送系統(tǒng)控制裝置的設(shè)置提供了依據(jù)。
1 調(diào)節(jié)閥模型和網(wǎng)格劃分
圖1為調(diào)速閥模型?？紤]到閥內(nèi)流動(dòng)為面對(duì)稱結(jié)構(gòu)，建立三維軸對(duì)稱模型，節(jié)約計(jì)算資源。
根據(jù)閥門的幾何特性，提前局部細(xì)化了閥門內(nèi)復(fù)雜的流道和節(jié)流口。網(wǎng)格劃分見圖2。在求解迭代過(guò)程中，以壓力梯度和速度梯度為自適應(yīng)函數(shù)，細(xì)化網(wǎng)格，有助于提高解決精度。
圖1 調(diào)節(jié)閥模型
圖2 調(diào)節(jié)閥網(wǎng)格
♂
2數(shù)值模擬
采用CFD該軟件模擬了閥內(nèi)流場(chǎng)，并給出了流場(chǎng)壓力的輪廓圖和速度矢量圖的可視化結(jié)果，便于流道的改進(jìn)。
2.1 仿真結(jié)果
為了研究閥門在不同工況下的特性，模擬計(jì)算了閥門在不同開度下以入口速度和出口壓力為邊界條件。
圖3顯示了不同流量輸出時(shí)閥芯的進(jìn)口壓力。
圖3
從圖3可以看出，固定開口度時(shí)，隨流量增加；進(jìn)口壓力增加。特別是開度小時(shí)，進(jìn)口壓力會(huì)急劇增加。此時(shí)，閥內(nèi)節(jié)流口的最低壓力將低于大氣壓力，氣穴甚至氣蝕會(huì)影響流體的流動(dòng)連續(xù)性。在實(shí)際選擇調(diào)節(jié)閥時(shí)，應(yīng)避免此條件；當(dāng)開度較大時(shí)，流量增加帶來(lái)的壓力變化逐漸減小。
閥芯的不平衡力直接關(guān)系到調(diào)節(jié)閥控制裝置特性研究所需的參數(shù)和閥的性能特性，因此有必要研究調(diào)節(jié)閥的不平衡力。但由于閥芯在中間位置的不平衡力難以用公式表示，調(diào)節(jié)閥完全關(guān)閉時(shí)閥芯的靜態(tài)不平衡力作為調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)一般不準(zhǔn)確。調(diào)節(jié)閥的不平衡力是指直行閥芯受到流體的軸向合力。因此，沿閥芯表面積分配閥內(nèi)流場(chǎng)壓力是閥芯的軸向合力，即調(diào)節(jié)閥的不平衡力。
模擬閥內(nèi)流場(chǎng)的場(chǎng)的數(shù)值，可以給出閥芯沿不同位置表面的壓力分布，從而研究調(diào)節(jié)閥在不同位置的不平衡。圖4顯示了閥芯底部的壓力分布?？梢钥闯?，當(dāng)閥通過(guò)相同的流量時(shí)，開口度越大，不平衡力越??；當(dāng)開口度保持不變時(shí)，閥芯底部壓力隨流量的增加而急劇增加，尤其是小開口度。由于節(jié)流口的作用，節(jié)流口附近的壓力變化最為明顯，閥中心位置的壓力變化稍慢。
圖4 閥芯底部的壓力分布
♂
2.2 可視化分析
模擬計(jì)算閥內(nèi)流場(chǎng)，可獲得閥內(nèi)流場(chǎng)任何位置的壓力、速度等場(chǎng)量。空間有限，結(jié)合流場(chǎng)特點(diǎn)，給出代表性的可視化圖。圖5和圖6分別為閥芯開度25mm、流場(chǎng)壓力分布圖和速度矢量圖的閥軸對(duì)稱面。
圖5 閥軸對(duì)稱面壓力分布圖
圖6 閥軸對(duì)稱面速度矢量圖
如圖5所示:在節(jié)流口，由于節(jié)流面積減小、流線收縮、速度增加、動(dòng)能增加、壓力降低，出口流道拐角處壓力值很低，容易產(chǎn)生氣穴，需要改進(jìn)。
從圖6可以看出，閥芯底部和閥出口角流道處出現(xiàn)漩渦，流量損耗大，流道優(yōu)化需要考慮。
3 結(jié)束語(yǔ)
建模和模擬氣動(dòng)輸送系統(tǒng)中的物料流量調(diào)節(jié)閥，得出閥內(nèi)流場(chǎng)分布和閥芯不平衡力隨開口度和工況的變化，為閥門的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化以及氣動(dòng)輸送系統(tǒng)控制裝置的設(shè)置提供了依據(jù)。
咨詢需求
