采用Fluent軟件對切換閥流場進(jìn)行數(shù)值模擬，并對切換閥流量系數(shù)模擬值與實(shí)驗(yàn)值比較，表明應(yīng)用Fluent對切換閥進(jìn)行數(shù)值仿真模擬可靠，為切換閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

1、概述

　　壓力容器和工藝系統(tǒng)的自動(dòng)超壓保護(hù)設(shè)備由2臺(tái)安全閥和1 臺(tái)切換閥組成，切換閥可保證實(shí)現(xiàn)無需停車的情況下對安全閥進(jìn)行在線檢修或更換。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在被保護(hù)設(shè)備和泄壓閥之間不可恢復(fù)的壓力損失不能超過閥門整定壓力的3%。因此，研究切換閥的水力特性，對于降低能量損失以及指導(dǎo)閥門的設(shè)計(jì)有十分重要的意義。本文利用了Fluent 軟件對切換閥的內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值模擬，并對可視化結(jié)果以及流量特性進(jìn)行分析。

2、計(jì)算方法

　　2.1、計(jì)算模型

　　選取2 in. (50mm) 切換閥作為樣閥進(jìn)行仿真計(jì)算。切換閥的A口和B口與安全閥連接(圖1) 。當(dāng)切換閥閥瓣將A口密封，A口處安全閥與系統(tǒng)隔離，為備用安全閥，B口處安全閥為在線安全閥(工況Ⅰ) 。如果閥瓣將B口密封，則A口處安全閥為在線安全閥，B口處安全閥為備用閥(工況Ⅱ) 。切換閥的流場區(qū)域是從切換閥的入口分別到A、B 兩個(gè)出口由閥體、閥座和閥瓣等所組成的三維空間。

　　為了減少計(jì)算量，對流場區(qū)域進(jìn)行簡化。對固壁邊界不考慮切換閥零件組裝之間的小間隙以及對尖角部位抹平。由于整個(gè)流場區(qū)域從幾何形狀上看，相對于X-Y 面是對稱的，所以真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)認(rèn)為可假設(shè)整個(gè)流動(dòng)狀態(tài)也是面對稱的。因此，計(jì)算域只取一半的流場區(qū)域(圖2) 。

圖1 超壓保護(hù)裝置

圖2 內(nèi)部流場計(jì)算域

　　2.2、網(wǎng)格劃分

　　計(jì)算網(wǎng)格由Fluent的前處理器Gambit 軟件生成。因?yàn)殚y體內(nèi)腔的形狀和流動(dòng)狀態(tài)較復(fù)雜，所以采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，總網(wǎng)格數(shù)為2.0 × 10⁵ ～3.0 × 10⁵。

3、結(jié)語

　　通過數(shù)值模擬得到的切換閥內(nèi)部詳細(xì)的流動(dòng)情況表明，當(dāng)水流流過拐彎處時(shí)，漩渦形成劇烈紊動(dòng)的分離回流區(qū)是水頭損失的主要原因，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.lalazzu.cn/)認(rèn)為應(yīng)考慮對閥門閥內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行圓滑過渡或優(yōu)化，從而減小漩渦及能量損耗，增大閥門的流通能力。數(shù)值模擬切換閥的流量特性與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比偏差較小，表明數(shù)值模擬不僅能夠解決實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，且能夠降低實(shí)驗(yàn)研究的費(fèi)用，提高閥門的研發(fā)效率。