采用計(jì)算流體力學(xué)分析軟件Autodesk Simulation CFD 及其重疊網(wǎng)格技術(shù)，對偏心蝶式止回閥的兩種閥板結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了開啟特性瞬態(tài)分析。基于粘性可壓縮流動Navier - Stokes 方程進(jìn)行了湍流非定常計(jì)算，對兩種閥板結(jié)構(gòu)的閥板運(yùn)動狀態(tài)、閥內(nèi)的壓力分布和速度矢量進(jìn)行了分析及對比。結(jié)果表明，原閥板結(jié)構(gòu)開啟過程中存在不穩(wěn)定且未達(dá)到預(yù)期的全開狀態(tài)，改進(jìn)閥板結(jié)構(gòu)開啟過程中閥板開度呈線性增加且穩(wěn)定在全開位置。

1、概述

　　蝶式止回閥由于結(jié)構(gòu)簡單、體積小、阻力損失小等特點(diǎn)在流體工藝系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于止回閥的閥板受水流驅(qū)動，在開啟過程中可能存在不穩(wěn)定現(xiàn)象，甚至無法達(dá)到預(yù)期開度，因此加強(qiáng)對其開啟特性的分析是必要的。本文以偏心蝶式止回閥( 以下簡稱止回閥) 為研究對象，建立了閥板運(yùn)動模型，采用Autodesk Simulation CFD 軟件分別對原閥板結(jié)構(gòu)、改進(jìn)閥板結(jié)構(gòu)開啟過程中的閥板運(yùn)動特性開展了瞬態(tài)分析。

2、研究對象

　　止回閥的轉(zhuǎn)軸中心與閥體中心、閥體密封面中心與閥體中心均為偏心設(shè)計(jì)( 圖1) ，公稱通徑DN =300mm，閥板全關(guān)到全開行程為55°，閥板中心開有泄壓孔。止回閥豎直安裝在管道中，流動介質(zhì)是溫度為265. 6℃，壓力為15MPa 的水。閥門用于布置空間緊湊的流道中，入口難以保證足夠長度的直管段，導(dǎo)致閥門入口流場不均勻，常規(guī)閥板結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)啟動及運(yùn)行不穩(wěn)定狀態(tài)，因此對常規(guī)閥板結(jié)構(gòu)做了改進(jìn)。改進(jìn)后，閥板上端增開了壓力平衡孔，閥板下端增設(shè)了擋水環(huán)( 圖2) 。

3、數(shù)學(xué)模型

3.1、基本控制方程

　　為了便于建立數(shù)學(xué)模型并開展流場瞬態(tài)分析，對閥內(nèi)流動設(shè)定假設(shè)條件。①流域?yàn)榭蓧嚎s粘性流動過程。②假設(shè)液固界面為無滑移邊界，即邊界處速度為0。閥內(nèi)流體流動是一個復(fù)雜的湍流流動過程，描述流體在閥內(nèi)流動的數(shù)學(xué)模型為連續(xù)性方程、動量方程( N - S 方程) 和湍流脈動動能方程，湍流方程采用標(biāo)準(zhǔn)k - ε 模型。

圖1 偏心蝶式止回閥

圖2 改進(jìn)后閥板

結(jié)語

　　(1) 通過對兩種閥板偏心蝶式止回閥的開啟過程瞬態(tài)分析，受水流驅(qū)動時(shí)，原閥板表面壓力分布不均造成開啟過程振蕩，不能達(dá)到全開狀態(tài)，改進(jìn)閥板能夠快速開啟且穩(wěn)定在全開狀態(tài)。

　　(2) 采用Autodesk Simulation CFD 的重疊網(wǎng)格技術(shù)模擬止回閥的開啟過程，相對于靜態(tài)仿真可以更清晰地模擬整個開啟過程中的閥板運(yùn)動狀態(tài)、壓力場和漩渦等特性，為合理設(shè)計(jì)止回閥流道結(jié)構(gòu)提供參考。