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V型球阀调节性能和流动特性三维解析

发表时间：2022-6-26, 编写人:上海川沪阀门有限公司

1. V型球阀模型

图1：V型球阀的三维结构示意图

以DN50可拆式V型球阀为对象开展研究，图1是V型球阀的三维结构示意图。电动执行器与阀杆相连接，给电动执行器通电后，阀杆随着电动执行器转动，进而带动阀芯运动。阀芯转动改变了V型球阀的流通面积，从而实现了V型球阀的调控功能。锥角是阀芯的主要特征结构，因此，设计加工了阀芯为锥角截流形状的V型球阀（见图2），并分别对锥角为30°、45°、60°、75°和90°V型球阀的调节性能和内部流动特性进行了对比分析。

图2：阀芯结构示意图

2．计算区域三维建模

在建模阶段，首先对V型球阀实体进行测绘，获得各个零部件的实际尺寸，然后利用Solidworks对V型球阀及阀门前后流道进行建模。将阀门前后流道分别延伸10倍阀门口径，以保证来流的充分发展及计算的准确性。图3所示为数值计算流道三维示意图。与前文类似，V型球阀的计算区域同样分为阀门进口前流道、阀门出口后流道、阀芯流道和间隙流道4个部分。

图3：V型球阀数值计算流道三维示意图

3．网格划分

利用ICEM软件对V型球阀的阀前、阀后、阀芯和阀门间隙4个流域分别进行网格划分，并对V型球阀的阀芯和阀门间隙处进行网格加密处理。为了验证计算网格的合理性，将流体区域网格分别划分成150万、200万、250万、300万、350万、400万及450万，并开展数值计算。图4所示为阀门流量系数和阻力系数随网格的变化规律。由图中可知，当网格数量大于300万时，流量系数和阻力系数基本不随网格的增加发生变化。因此，后续计算将按350万网格数开展。

图4：网格无关性验证

采用Realable k-ε湍流模型对阀门内部湍流场进行计算，壁面函数选用标准壁面函数。进出口边界条件根据实验数据进行设置。同时采用滑移网格技术对球阀瞬态调控过程进行数值模拟。