風(fēng)圈式風(fēng)量調(diào)節(jié)閥阻力特性的模擬研究

陳永平，王海橋，陳世強，田 峰

（1.湖南科技大學(xué)，湖南湘潭 411201；2.中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司，北京 100000）

符 號

ρ——流體密度，kg/m3

ui，uj——流體的速度分量，m/s

ε——流體微元體上的壓強，Pa

μ，μt——動力黏度、湍流黏度，Pa·s

k——湍流動能，m2/s2

ε——耗散率，m3/s

σk，σε——k，ε方程對應(yīng)的 Prandtl數(shù)

Δp——閥門前后壓差，Pa

v——管內(nèi)流速，m/s

ρ——流體密度，kg/m3

a，b，c——系數(shù)

1 前言

調(diào)節(jié)閥種類繁多，不同的調(diào)節(jié)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)及阻力特性差異很大[1]。風(fēng)圈式風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，通過多個重疊弧形鋼片的開合控制過流通道的大小，做到對流量的無極調(diào)節(jié)，并且過流通道是圓形的[2]，見圖1。利用數(shù)值模擬方法可以分析閥門的阻力系數(shù)，為優(yōu)化閥門結(jié)構(gòu)，減小阻力系數(shù)提供方便[3～8]。阻力系數(shù)是評價閥門性能的重要參數(shù)。閥門阻力系數(shù)的大小直接影響著管道系統(tǒng)的使用，是設(shè)計者和用戶最關(guān)心的參數(shù)之一[9～11]。

圖1 風(fēng)圈式風(fēng)量調(diào)節(jié)閥

在氣體輸送等工程實際中，當(dāng)自動控制子系統(tǒng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥開度時，首先通過測定管道的流速形成反饋信號，然后對比當(dāng)前值與預(yù)設(shè)值，得出調(diào)大或調(diào)小判斷，輸出調(diào)節(jié)信號，如此循環(huán)，逐步當(dāng)反饋信號逼近調(diào)節(jié)信號，這種調(diào)節(jié)過程費時，管道運行參數(shù)波動大。如果自動控制邏輯程序內(nèi)嵌了阻力系數(shù)與閥門開度半徑的函數(shù)關(guān)系式，將可以比較精確的得到不同開度下的阻力系數(shù)，將大大節(jié)省閥門調(diào)節(jié)時間，減小對管道運行參數(shù)的影響，有利于延長自動調(diào)節(jié)閥的運行壽命。

本文將對風(fēng)圈式風(fēng)量調(diào)節(jié)閥建立物理模型，對該閥門的流場及阻力特性進行數(shù)值模擬研究，從壓力分布圖、流線分布圖中詳細地分析風(fēng)圈式風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的流動特點，研究不同開度半徑下閥門的阻力系數(shù)，研究阻力系數(shù)與閥門開度半徑的函數(shù)關(guān)系，為工程應(yīng)用和優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。……