基于数值仿真的蝶阀性能对比解析
柳亲亲 蔡承福
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柳亲亲 蔡承福,. 基于数值仿真的蝶阀性能对比解析[J]. 建模与系统仿真,2025.4. DOI:10.12721/ccn.2025.157033.
摘要: 管路系统当中蝶阀是非常重要的组成部分,在水利、能源、热电等多个领域当中都可以见到蝶阀的身影。伴随着时间的不断推移,科学技术快速发展与更新,通过计算机进行数值的模拟,可以针对阀门内部详细的流程情况进行全面掌握,并且大幅度提高阀门的稳定性及可靠性。因此,本篇文章主要对基于数值仿真的蝶阀性能对比进行认真的分析,以作参考。
关键词: 数值仿真;蝶阀性能;对比
DOI:10.12721/ccn.2025.157033
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流体传输和控制技术当中,蝶阀是非常重要的组成部分与元件,也是真正实现流体生产功能的关键设备,在航天航空等多个领域当中都得到广泛的应用,截断与接通介质流是其主要作用。但是还需要注意,在特殊情况下,可以控制介质的流向以及压力,这一特点不可忽视与小觑。传统实验研究方法,得到叠法宏观的外部特点,但是也有一些缺点,即:需要投入更多的成本,而且试验时间较长,想要明确蝶阀内部微观流产结构,是极其困难的,因此,需要另以他法,数值模拟分析不同结构形式的蝶阀,分析内部微观流场结构与外部特点之间的关系和联系。基于此,本文主要对基数值仿真蝶阀性能对比展开深入探讨。

1、蝶阀的地位和作用

调节、节流、导流、避免倒流等都是蝶阀主要的功能,在石油、天然气、煤炭、冶金等多个行业当中,蝶阀都得到了广泛的应用;而且在建筑的给排水、供热和供气系统当中也可以见到蝶阀的身影。近几年来,我国经济社会呈现出高速的发展态势,蝶阀行业发展的脚步向着更好的方向转变,在机械产品当中,蝶阀所占的比重是非常大的。作为重大技术装备当中重要的组成部分,特别是在电力、石油、冶金、城市供排水系统,蝶阀起到了不可替代的作用,用量较大,因此,蝶阀行业对国民经济会起到助力的作用。

蝶阀的主要特点包括,其一:体重较小、质量非常轻。与交通压力等级的闸阀进行比较,前者质量可以减轻30%~50% 。其二:结构特别简单,所需的零件较少,结构特别紧密,开启和关闭时,只需要将蝶阀旋转90°即可。其三:无论是调节性还是密封性都极好,真正实现分级流量控制的目标。其三:蝶板的运动有摩擦性,所以许多蝶阀用于带悬浮固体颗粒的固体介质。

2、蝶阀计算区域

计算区域其一,蝶阀阀体;其二,阀体前后进出水管道。为了确保边界上为完全发展的湍流运动,桁架式蝶阀和龟背式蝶阀取阀前5× D管道与阀后20× D管道为计算区域。为确保最终计算结果更加准确和真实,专业工作人员主要使用方块网格划分,进一步提升划分工作效率。而进出水管的部分,则是把结构化网格划分视为关键,阀体部分则与非结构网格划分,使用局部加密方法,针对阀板周围的网格。

3、数值模拟最终计算结果

3.1蝶阀全开时

桁架式碟阀全开之后,经过认真观察之后,发现未有漩涡流动情况,压力与流速二者呈现分布平均态势,也未发生碟板附近压降问题,流态极为平稳。之所以会呈现出这样的情况,H主要就是桁架式设计,增加全开时的过流面积,局部阻力呈现下降的趋势,所以说过阀损失系数要很小。全开双偏心蝶阀后,阀体内部流场压力与流速分布同样处在平均状态中,蝶阀附近未有压降问题发生,整体流态特别的稳定。

3.2 蝶阀相对开度为0 .1时

龟背式蝶阀,关闭角度增大后,回流区同样发生变化,即:随之增大。控制流场的结构,关闭为85°时,阀瓣的上下方,主要包括2个回流区,而且这2个回流区较大,回流行中心压力偏小,对桁架式蝶阀关闭60°时,截面的漩涡基本与较大的叠板下缘二者之间距离很近,这时候蝶阀附近的压力梯度呈现出了明显的变化态势。专业工作人员进入到对比计算中去,发现关闭角度<30°时,此桁架式蝶阀的过流特点较为明显,过流面积大,阻力非常的小,液态并未发生失稳问题。之后桁架式蝶阀的性能发生恶化的情况,并向着龟背式蝶阀的性能所发展,但是不可否认的是,其性能更好一些。关闭角度较大时,发生三次漩涡流动,在龟背式蝶阀当中很少见到这样的况。双偏心蝶阀自身有不稳定性的特点,阀门被开启之后, 碟板以最快的速度,出现分离的态势,叠碟与阀座出现挤压、刮擦问题,减小开启的阻力,所以磨损出现的概率明显下降,并延长了阀座具体的使用时间。将其与单偏心碟阀进行比较,二者之间有着很大的不同与差异,其结构不平衡性极为明显,完全影响阀门内部流产,增加损失出现的可能性。开度偏大时,双偏心蝶阀的过流特性显著,态势极好且流态稳定,压力梯度偏小时,开度慢慢减小,双偏心结构增加扰动问题发生的可能性。

4、蝶阀存在的问题与解决措施

4.1开关过快

早在上个世纪90年代,蝶阀就已经在城市供水供应当中得到广泛的应用。但是蝶阀在使用的过程当中,如果起步速度很快的话,管道内部水流流速就会受到一定的影响,发生变化,管内压强的突然升高或者是下降,就会出现水锤。在水锤压强的强大作用之下,管内流体发生压缩的情况,出现膨胀。水锤的压强与管道的正常工作压力相比较,高出许多时,管道就会出现剧烈震动情况,甚至会增加爆管问题发生的可能性。因此,相关工作人员需要结合工作的特点,进行进行探索与分析,全面掌握蝶阀的主要特点以及蝶阀开关的速度,在不影响蝶阀快速启闭的同时,减少水锤的影响。

4.2施工管理

众所周知,城市供水管网的建设工作非常复杂,其中包括较多的内容,给予具体的工作以及相关管理都带来一定的影响,特别是施工安装是非常重要的工作内容。一些施工负责人员将自己关注的重点放在设备供应问题上面,过早的将阀门等设备运输到了施工现场,但是却没有对其进行科学的保养与监管,所以在未安装之前就出现质量问题。

蝶阀安装期间,阀板与阀体之间有异物存在,存在卡阻的情况,工作人员在开启和关闭操作过程当中,异物的存在必然会对蝶阀关闭带来不利的影响,而工作人员则认为是由于操作不到位所到造成的,所以加大了操作力度,最终导致蝶阀阀杆弯曲变形问题的出现。技术工作人员还要结合真实的情况,保证所选择的零部件和发型更加正确和科学,阀门具有极高的质量,降低和减少事故发生的可能性和概率。另外,供水单位还需要在工作当中,秉承负责的态度,将多次考察作为重要的方法。

结束语:

总之,蝶阀凭借着自身强大的优势,已经然供水管道当中得到的重视以及应用,应该运用怎样的方法,才能够正确的选择蝶阀,并且将蝶阀当中所存在的问题有效的解决,一直是相关工作人员深入思考的问题。工作人员一定要牢牢的记住,蝶阀选型是为应用提供服务的, 只有科学的选择,才能够真正满足应用过程当中所提出来的要求。在蝶阀选型的过程当中,需要针对于压力、安全等多项内容进行认真的思考,节约更多支出的成本、降低能耗。另外,还需要加大对蝶阀研究的力度,满足用户对蝶阀性能所提出来的要求。

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