基于Fluent的调节阀内部流场数值模拟.pdf

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1、机械设计与制造第8期214MachineryDesign＆Manufacture2009年8月文章编号：1001-3997（2009）07-0214-02基于Fluent的调节阀内部流场数值模拟112徐宏海杨丽詹宁12（北方工业大学机电工程学院，北京100041）（北京市埃珂特机电技术有限公司，北京100037）Numericalsimulationbasedonfluentaboutflowfieldofcontrolvalve112XUHong-hai，YANGLi，ZHANNing1（CollegeofElectromechanicalEngineering，NorthC

2、hinaUniversityofTechnology，Beijing100041，China）2（BeijingACTMechanical&ElectronicTech.Ltd.，Beijing100037，China）【摘要】建立了调节阀内部流场三维模型，采用通用CFD软件Fluent对其内部复杂流场进行了三维粘性数值模拟，通过对调节阀流量系数模拟值与理论值的比较，表明应用Fluent对调节阀进行模拟计算是可靠的，为调节阀结构改进提供了理论依据。关键词：调节阀；内部流场；

3、数值模拟；流量系数【Abstract】Itestablishedinternal3Dflowfieldofcontrolvalve.ThenumericalsimulationofcontrolvalvewasaccomplishedwiththecommonsoftwareFluent.Bycomparingsimulationvalueandtheoreticalvalueofflowcoefficient，itisprovedthatFluentiseffectiveintheflowfieldsimulatingofcontrolvalve.Itc

4、anprovidetheorybasicforthestructureimprovementofcontrolvalve.Keywords：Controlvalve；Internalflowfield；Numericalsimulation；Flowcoefficient中图分类号：TH16，TK414.1+8文献标识码：A1引言需要建立内部流体区域的模型，使用CATIA软件建模，考虑到对称性结构以及计算速度，取阀门内部流道区域的一半作为计研究的电动调节阀主要用于空调、制冷、采暖等楼宇自动控算区

5、域。为了使流体充分流动，前后管道分别加长2倍管径和5制系统中冷/热水，蒸汽的流量调节。它是一个不可缺少的控制元倍管径。件，同时也是产生能耗的元件。因此，研究调节阀的水力特性，对于降低能量损失以及指导阀门设计有十分重要的意义。由于调节3流场分析理论基础阀内部流动极其复杂，对于调节阀水利特性的研究主要还是以试假设调节阀内部流动为三维不可压缩粘性流动，内部流体为紊流流动。用标准κ-ε紊流模型来封闭湍流时均运动控制方程[1]。验为主，成本高，耗时长，不利于新产品的开发。随着计算机与CFD的发展，CFD数值模拟的优越性越来越明显，它不仅能详细（1）不可压缩流体的连续性方程：地显示调节阀的

6、内部流场，而且相对于实验研究，它有其独特的坠（ρu）i=0（1）坠xi优点：研究成本低，周期短；能在计算机上直观地显示结果，便于（2）不可压缩流体紊流运动方程：优化设计；同时，它具有很好的重复性，条件容易控制。坠（ρu）i+坠（ρuiu）j＝ρf-坠p+坠＊μ坠ui＊+-坠（ρui′uj′）i坠x＊＊（2）利用Fluent软件对调节阀内部的三维粘性流场进行了数值坠t坠xi坠xi坠xjj坠xj（3）标准κ-ε方程：模拟，并对可视化结果以及流量特性进行了分析。2κυt=Cμ（3）2几何建模ε（4）紊流动能κ的方程：调节阀的实体模型，如图1所示。坠κ+u坠κ=υ坠ui+坠uj坠ui-

7、坠＊＊υt-υ＊坠κ＊-ε（4）jt＊＊σ坠t坠xj坠xj坠xi坠xj坠xjκ坠xj（5）耗散率ε的方程：坠ε坠ε坠u坠υ坠εε2坠u坠ui＊t-υ＊+uj＝-Cε1ij-＊σ＊-Cε2（5）坠t坠xj坠xj坠xjε坠xjκ式中：ρ—流体密度；ui—流体沿方向的速度分量；p—流体微元体上的压力；μ—动力粘度；υt—湍动粘度；κ—湍流动能；ε—耗散率；υ—运动粘度；模型常数：Cε1=1.44，Cε2=1.92，σκ=1.0，σε=1.3。4网格划分与边界条件利用Fluent前处理软件Gambi