球阀的流场模拟及流致扭矩分析   珠海前山镇升降车出租,  珠海前山镇升降车,  珠海升降车出租     １网格划分及参数设置,  ＤＮ５０固定式球阀的简化模型，对球阀流道进行提取。流道模型如图。球阀流道可以分成４部分即：进口流道、出口流道、球体流道及阀腔间隙流道４部分。改变球体流道轴线与进出口流道轴线夹角得到球阀在不同开度下的流道模型，在此次计算中每改变度得到一个流道，分别得到该球阀５－７０度间不同开度下的流道模型，对于该型号球阀，当球体流道夹角与进出口轴线夹角呈７５度时阀门完全关闭。针对该球阀对其不同开度下的流场进行计算，分析该球阀在蒸汽介质下的流场分布及流致扭矩的特点。利用ＩＣＥＭ对球阀流道进行网格划分，由于球阀中间流道不规则，在划分网格时将球阀流道分成３部分分别进行网格划分：在进出口部分划分结构网格，中间阀部分划分非结构网格，在这３部分网格间建立ｉｎｔｅｒｆａｃｅ做数据传输。为了保证计算精度使总体网格质量＞０．３，最小角度＞１８°。最后划分完网格数量为１２０万.利用ＣＦＸ对球阀流场和流致扭矩进行模拟计算。流体介质采用和实验一致的蒸汽，进口设置压力进口边界条件，进口压力为ＩＭＰａ。出口设置为开放边界条件，出口压力为ＯＰａ。采用基于压力基的求解器，由于该过程涉及可压缩过程，且流动过程流速较大因此选用ＳＳＴ湍流模型进行稳态计算，收敛阶次为１０＿３。研究在不同开度下的球阀流场分布特点。当球阀全开时由于球体流道和进出口流道平行，因此该状态下流致扭矩为０。

    ２不同开度下球阀的流致扭矩分析,   对球阀球体内流道的扭矩数据进行提取得到流致扭矩。 全开或全关时流致扭矩都为０。当阀门全开时由于球体流道与进出口管道平行，不会有流致扭矩产生；当阀门全关时，由于没有流体通过不会产生流致扭矩。在开启和关闭的整个过程中流致扭矩大小随开度变化而变化。在此次计算中阀门相对开度为７５％左右时流致扭矩达到最大，该曲线最大值为９Ｎ＊ｍ。阀门从全关到７５％相对开度的开启过程中流致扭矩逐渐增大，当相对开度为７５％附近时流致扭矩值达到最大，之后流致扭矩值随开度增加而减小，直到全开时流致扭矩降为０。

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    ３不同开度下球阀的云图分析,  不同开度下球阀内流场压力分布云图，现截取１３．３％、３３．３％、６０％及７３．３％相对开度的压力云图，从图中可以看出，不同相对开度下的流场压力分布不同。当阀门开启角度较小时，压力分布可以分成明显的三块区域：即进口高压区、出口低压区和阀中间的压力过度区，比如当阀门相对开度为１３．３％时，这时流体在经过阀门时会产生较大的压力损失。当阀门开度为３３．５％时，压力分布还是明显的三块区域，但在球体流道进出部分有明显的压力过度区，在球体流道正对进口内表面出现相对于周围的高压区，原因是流体冲击壁面，动能转化为压力能，导致该区域相对于周围的压力增大。当开度逐渐加大到６０％时，可以明显的看到在整个流道形成一定的压力梯度。特别是在球体内流道，可以明显区分出左下角低压区和右上角的高压区。两端压力不平衡导致作用在球体内流道壁面上作用力不同，使得流体产生流致扭矩。开启角度逐渐增大到７３．３％时，压力不平衡加剧，流致扭矩进一步增大。因此判断，由于球阀开启角度不同，在球体内流道产生不平衡的压力分布是导致流致扭矩产生的主要原因。相同尺度下的球阀在１３．３％、３３．３％、６０％、７３．３％开度下的速度云图和流线图。速度云表示球阀在截面上的速度分布，流线图是某瞬时在流场中做的空间曲线，曲线上各点的速度矢量与曲线相切。当球阀处于小开度特别是当开度为１３．３时，可以从速度云图明显的看到在球体内流道进出口处有射流现象，从流线图可以发现此时流体充满球体流道和球体外部阀腔，从球体流道流出后紧贴出口壁面流动。当相对开度增大到３３．５％时，内流道流动区域增大，除了紧贴壁面流动，部分流体开始向出口管道中心流动。继续增大开度到６０％，由于进出口压差存在，压力能转化为动能，从流线图上看，进入阀腔流体变少，出口处流体流线也几乎充满整个管道。当开度增大为７３．３％时可看到明显的速度梯度分布，流体充满整个阀体出口。

      ４不同开度下流量变化,  进出口压差不变条件下该球阀的流量特性曲线，结果表明：在保证压差一定的条件下，蒸汽质量流量随着开度的增加而逐渐増加，流量和和开度关系是非线性关系，曲线形状接近于抛物线，与实际球阀流线特性曲线一致。在实际使用中，球阀一般用做快开阀而不做调节阀。

      针对球阀扭矩特性研究，搭建了一种可以对球阀阀杆扭矩进行连续测量的实验装置并对不同载荷下球阀动态扭矩进行了测量。在实验基础上，对球阀在不同开度下的流场进行模拟，得到球阀随开度变化的流致扭矩。得出以下结论：（１）球阀幵启过程和关闭的整个过程中，其扭矩值大小是不断变化的，具有两端大中间小的特点。（２）开启扭矩和关闭扭矩曲线不完全相同，在有介质条件下，最大扭矩发生在还未开启的时刻，并且随压力升高而升高。（３）球阀流场模拟显示，其不同相对开启角度的流致扭矩值不同。阀门从完全关闭到打开的整段过程中，流致扭矩值先增大后又逐渐减小，相对开度在７５％左右时达到最大。（４）球阀流场的压力云图表明不同开度的球体内流道表面压力分布的不平衡是引起流致扭矩主要原因。

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