基于CFD多路閥主閥芯建模仿真

邱雪

（貴州工業職業技術學院，貴州 貴陽 550008）

CFD（Computational Fluid Dynamics） 是 計 算流體力學的簡寫，利用計算機計算并圖像顯示，目前國際上比較流行的CFD軟件包是FLUENT。本文利用Solidworks軟件建模，然后導入FLUENT前處理器Gambit進行網格劃分，通過邊界條件的設置，在Fluent中得到流場內速度的矢量圖及流過閥口的流量大小。本文以某特定型號多路閥主閥芯的其中一聯為例，該聯滑閥閥口節流槽為V-U組合，共兩個。

1 建模及網格劃分

1.1 使用Solidworks建模

建模前對模型進行一些簡化：設滑閥為理想滑閥，即閥芯和閥體不存在徑向間隙配合精確且棱邊為完全直角。滑閥是面對稱結構，因此可以只對流動區域的一半進行建模仿真。首先分別建立沒有閥芯的流體區域和閥芯實體，然后進行裝配，最后裝配圖在Gambit中做布爾運算得到二分之一的流體區域模型。

1.2 使用Gambit劃分網格

Gambit軟件做為面向CFD的前處理軟件，其劃分網格的功能非常強大，既可以生成結構化的網格，也可以生成非結構化的，還可以是混合型網格。本文多路閥主閥芯V—U型節流槽滑閥閥口的網格劃分如圖1所示。

圖1 V—U形節流口網格劃分

1.3 邊界條件處理

劃分好網格后，將mesh文件導入Fluent中，并做以下假設, 液壓油為不可壓縮流體，密度為860kg/m3， 運 動 粘 度 為 4× 10-5m2/s ， 系 統 中 無熱傳導現象，進口和出口均為壓力條件，進口壓力為12MPa，出口壓力為10MPa，滑閥所有壁面設為WALL邊界，無滑移，采用標準壁面函數。

2 仿真分析

本文分別針對閥口開度為x=1mm，x=2mm，x=3mm，x=4mm時，對多路閥的速度矢量圖進行仿真及閥口流量模擬。

圖2 不同閥口開度速度矢量圖

圖2 為穩態時不同閥口開度對應的閥口處的速度矢量圖。由仿真結果可知，速度在對稱面上的分布基本一致，閥口開度越大，流體在閥口處的流束也越來越大，流束流出閥口的流速也越大，但流束最大速度值卻逐漸減小，流出方向也逐漸向閥芯軸線偏移，并且在閥腔內會出現漩渦。隨著閥口開度的增大，流束射流角逐漸減小。

由Fluent仿真可知，閥口開度為1mm、2mm、3mm、4mm時對應的出口流量分別為0.005631kg/s、0.08546kg/s、0.25509kg/s、0.410528kg/s，由對應關系可以仿真出流量曲線。仿真流量曲線與通過理論推導的流量曲線對比圖如圖3所示。由圖可知，兩種方法得到的流量曲線中流量變化趨勢基本一致，數值基本相近。

圖3 理論流量曲線與仿真流量曲線對比圖

3 結語

通過Solidworks軟件與Gambit軟件的結合建立主閥芯流出的三維模型，可以解決Gambit不能進行參數化設置，不同閥口開度需要多次重復建模的問題，并且通過Fluent仿真可以得出不同閥口開度時流場內速度矢量分布的變化情況和通過閥口的流量大小，并與理論公式推導得到的流量基本吻合。

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