基于ANSYS的闸阀内部流场模拟-有限体积法.docx

基于ANSYS的闸阀内部流场模拟有限体积法论文导读:：求解过程应用ANSYS软件来自动实现。基于ANSYS的闸阀内部流场模拟。论文关键词：数值模拟，有限体积法，闸阀，ANSYS软件无论是在流体机械中,还是在流体传动与控制系统中,人们都会用到各种各样的阀门。这些阀门装置的主要作用是对流体的流量、压力和流动方向进行调节和控制,以满足工作系统的要求。对阀门的要求：一是控制可靠；二是阻力小、损失少。21世纪前，对各类阀门,尤其是对阀门流道流动特性的研究尚未引起重视,在设计中基本上还是依据常规设计方法和经验,只注重结构型态而不注重考虑流阻损失,从而引起较大的能耗论文提纲格式。近年来，随着计算流体动力学(CFD)和计算机技术的飞速发展，数值模拟手段已广泛应用于内部的复杂流动研究。本文通过ANSYS软件的FLOTRANCFD工具模拟了闸阀内部的流场，并对闸阀的阻力特性进行了研究有限体积法，。1模型与数值方法本文主要研究的是闸阀内部流场。笔者将闸阀的原型简化，使得闸阀通道是圆形通道，闸板是平板闸板，故在此只需建立带有闸板的闸阀通道模型闸阀的CFD模型与实物的比例为1：1，以闸阀左下端点为原点，建立直角坐标系，其几何模型如图1所示（以闸板开度50%为例）。本文采用阀门的进口速度及进口压强作为进口的边界条件，在绝对参考系下给定一均匀来流，方向垂直于进口面，速度大小分别为1m/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s，强度和水力直径由公式推出有限体积法，进口表面压强为2000Pa；出口边界采用自由出流，由于全部流场只有一个出口，其出口表面压强设为0。由于在固壁处质点满足无滑移边界条件，设壁面速度为0。本文根据闸阀特点，采用二方程湍流模型，并选用ANSYS软件的流体动力学分析类型进行分析。笔者还借助提供了专用于分析二维和三维流体流动场的先进工具ANSYS软件的FLOTRANCFD工具计算了闸阀的内部流场并分析其特性论文提纲格式。2计算结果及分析当水为常温20℃时：密度为998.2kg/m3，粘度为100.5×10-5Pa.s。此时当闸阀开度分别为10%、20%、25%、35%、45%、50%、60%、75%、100%，进口速度分别为1、2、3、4、5m/s等情况时，模拟出各节点压力场分布图等情况。当开度一定（以50%为例），进口速度分别为1、3、5m/s时，闸阀内部节点压力场分布情况如图2-1~3所示。图2-1进口速度为1m/s有限体积法，开度为50%的节点压力场分布图图2-2进口速度为3m/s，开度为50%的节点压力场分布图图2-3进口速度为5m/s，开度为50%的节点压力场分布图从节点压力场分布图2-1~3中可以清楚的看到，当闸阀闸板开度一定时（以50%为例）：随着进口速度依次逐渐增大，内部流场的最低静压降低。对于DN50的闸阀，当水温为20℃,进口相对压强为2000Pa，闸板开度为50%时，发生气蚀的临界进口速度介于4～5m/s之间。同理可得当闸板开度为10%、20%、25%、35%时，发生气蚀的临界速度都低于1m/s；当闸板开度为45%时，发生气蚀的临界速度低于介于3~4m/s之间；当开度大于60%时，进口速度少于5m/s时都不会发生气蚀现象。具体结果如表2-1所示：表2-1气蚀临界速度与闸板开度之间的关系闸板开度10%20%25%35%45%≥60%气蚀临界速度（m/s）＜1m/s＜1m/s＜1m/s＜1m/s3~4m/s＞5m/s当进口速度一定（以3m/s为例）有限体积法，闸板开度分别为10%、25%、75%时，闸阀内部节点压力场分布情况如图3-1~3所示图3-1进口速度为3m/s，开度为10%时节点压力场分布图图3-2进口速度为3m/s，开度为25%的节点压力场分布图图3-3进口速度为3m/s，开度为75%的节点压力场分布图从节点压力场分布图3-1~3中可以清楚的看出，当进口速度一定时（以3m/s为例）：随着闸阀闸板开度逐渐增大，内部流场的最低静压不断升高。对于DN50的闸阀，当水温为20℃,进口压强为2000Pa，进口速度为3m/s时，闸阀发生气蚀的临界开度介于35%到45%之间论文提纲格式。同理可得：当进口速度为1m/s时，闸阀发生气蚀的临界开度介于35%~45%之间；当进口速度为2m/s时有限体积法，闸阀发生气蚀的临界开度介于35%~45%之间；进口速度为4m/s时，闸阀发生气蚀的临界开度介于50%~60%之间；进口速度为5m/s时，闸阀发生气蚀的临界开度介于50%~60%之间。具体结果如表2-2所示：表2-2气蚀临界闸板开度与进口速度之间的关系进口速度（m/s）12345气蚀临界开度35%~45%35%~45%35%~45%50%~60%50%~60%3结论语流体机械的CFD研究方兴未艾，阀门的CFD研究则刚刚起步，并逐渐与工