旋启式止回阀CFD
1 前言
随着CFD技术的兴起，阀门的性能测试可以从费时费力的实验中解放出来，采用CFD方法获得流量系数Cv是一个非常可靠的手段。之前，我们做过一个截止阀的模拟案例，接下来我们的模拟对象为单向阀。单向阀的模拟严格意义上将是一个流固双向耦合问题，当然了，由于阀瓣自身的变形可以忽略，因此实际上就转化为流体+6DOF刚体运动模拟。除非要研究阀瓣启闭的动态行为，否则也没有必要进行上述的模拟，因为计算量大大增加，要结合动网格或者重叠网格技术，模拟门槛也提高了。我们研究的问题为流量与单向阀开启大小的关系，因此采用常规的流体稳态模拟即可。今天我们先对旋启式止回阀（swing check valve）进行模拟，目标为获得某个开度下的流量要求，注意是开度先确定，再反推流量值，否则就只能采用6DOF技术了。2 建模与网格
创建如下简单的二维平面模型，为了方便后处理，单向阀的旋转轴处在0点，模型的阀门开度为45°。划分四边形网格，对阀门附近网格进行细化，划分边界层3层，总节点数11503，最小正交质量0.6。3 边界条件与求解设置
左侧入口速度0.5m/s，右侧出口为压力出口，表压0Pa。4 计算结果
计算一下阀门所受到的围绕旋转轴的转矩，约为1.861N.m，方向为逆时针（右手法则）接下来，我们重点讨论流量和阀门开度的对应关系计算方法。我们知道，阀门的流量系数和流量存在如下关系式。ΔP为阀门前后压差，同时这个压差也是驱动阀门开启的动力源。而Cv又可以通过CFD计算结果获得，也就是因此，假设刚好使得阀门开启角度为45°的驱动压差为ΔPLift，同时其流量为qREQ，则存在如下的关系式。上式中，qCFD和TCFD都通过仿真计算求得，本案例为0.02625m3/s和1.861N.m。而阀门开启到45°所需的转矩即为克服重力产生的转矩，受力分析如下，L=48mm，假设阀门质量4kg，那么使阀门开启的转矩为Tlift=mgsin45°*0.5L=0.624N.m。因此根据上式可以计算得到对应的流量qREQ=0.0152m3/s，亦即入口速度为0.2896m/s。我们将该速度作为入口边界重新进行计算，得到水力转矩Tcfd约为0.6676N.m，与Tlift相差约7%，此偏差为计算偏差。[1] CHECK VALVE FLOW AND DISK LIFT SIMULATION USING CFD著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2024-05-19
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