SMC電磁閥的起源、發(fā)展、功能、內(nèi)襯材料

    SMC電磁閥是由于閥門流道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當流體通過法道時產(chǎn)生諸如漩渦、水錘和死水區(qū)等水流現(xiàn)象。這些現(xiàn)象嚴重危害系統(tǒng)工況，是造成系統(tǒng)水頭損失的主要因素。目前國內(nèi)對各類閥門尤其是氨閥流道流動特性的研究尚未引起重視，在設(shè)計中基本上還是依據(jù)常規(guī)設(shè)計方法和經(jīng)驗，只注重結(jié)構(gòu)形式而不注重考慮壓力損失，從而引起較大的能耗，在實際氨系統(tǒng)中，閥門的流道壓力損失占整個系統(tǒng)的壓力損失的比例是相當大的。本文運用COSMOSFLOWORKS流體分析軟件，對兩種結(jié)構(gòu)的氨用截止閥的壓力損失進行數(shù)值模擬對比分析。

    流程分析

    1、設(shè)定分析項目

    以DN40氨用截止閥為例，設(shè)內(nèi)部流動的介質(zhì)為水，依據(jù)JB/T5296-91的有關(guān)規(guī)定，選擇流動模型為單向流體的不可壓縮粘性流動，無氣穴現(xiàn)象，端墻設(shè)置為絕熱壁，采用不可壓縮流動的雷諾方程組與K-ε構(gòu)成封閉的分析模型。圖1為兩種結(jié)構(gòu)的氨閥二維平面對比圖。

    2、建模

    CFD分析屬于大型數(shù)值問題求解，為了縮短求解時間，模型應(yīng)盡可能簡化。由于氨閥門的工況要求，介質(zhì)由閥門右端進入閥門，左端流出閥門，所以我們設(shè)閥門右端為進口，左端為出口，又由于閥后流體的流動比較復(fù)雜，為了避免出口界面上產(chǎn)生渦流并使計算結(jié)果收斂，閥前延伸管道長度取管道直徑的五倍，閥后延伸管道取管道直徑的十倍，建模結(jié)果如圖2、圖3所示。

    3、兩種氨閥流道模型及網(wǎng)格劃分

    為流體的穩(wěn)定流暢性，從進口到出口，通過內(nèi)部流道組成分析用的封閉區(qū)域。網(wǎng)格劃分采用了非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格技術(shù)，利用COSMOSFLOWORKS的網(wǎng)格劃分功能對其進行網(wǎng)格劃分，采用自適應(yīng)的網(wǎng)格技術(shù)對流場進行模擬。

    4、運行設(shè)置向?qū)?/p>

    COSMOSFLOWORKS對于初始條件的設(shè)置提供了非常簡捷快速的操作界面。運行設(shè)置向?qū)В来螌nits(單位制)—>Fluid type(流體或汽體)—>physical features(層流)—>Analysis—>roughness(表面粗糙度)—>select fluids(選擇water SP，表示流體為一個標準大氣壓力下的水)—>default wall conditions(一般選絕熱壁)—>Result and Geometry Resolution(設(shè)置結(jié)果和幾何精度)。

    5、邊界條件

    SMC電磁閥要對氨閥進行流場數(shù)值模擬，需要設(shè)定氨閥的邊界條件，主要包括入口邊界條件、出口邊界條件和壁面邊界條件等。

    入口邊界條件：選擇流體入口的流量作為氨閥的入口流量。

    出口邊界條件：選擇流體的出口壓力作為氨閥介質(zhì)的出口邊界條件。

    壁面邊界條件：選取為粘性流動，采用壁面無滑移條件。針對粘性底層和過渡層采用壁面函數(shù)法求解。

    6、計算右鍵單擊配置名，選擇“Run”，就可以由系統(tǒng)開始計算，計算過程可以通過各種圖片進行實時監(jiān)視。

    結(jié)果分析對比

    經(jīng)過COSMOSFLOWORKS模擬計算，在相同的邊界條件下，兩種結(jié)構(gòu)的氨用截止閥的結(jié)果對比如表1和表2所示。

    從表3可以看出，在出口靜壓和進口流量相同的情況下，圖2結(jié)構(gòu)的進出口靜壓差為99503Pa，而圖3結(jié)構(gòu)的進出口靜壓差為55576Pa，圖2結(jié)構(gòu)是圖3結(jié)構(gòu)的1.79倍，也就是說在相同的邊界條件下，圖2結(jié)構(gòu)的壓力損失是圖3結(jié)果的1.79倍。

    是SMC電磁閥模擬的兩種結(jié)構(gòu)的壓力云圖對比，通過對比可以看出，兩種結(jié)構(gòu)的進出口已達到平壓狀態(tài)，通過顏色對比也可以看出，兩種結(jié)構(gòu)出口處顏色一致，而進口處，圖2結(jié)構(gòu)的顏色和圖3結(jié)構(gòu)不相同，通過對比右邊色彩與壓力值柱狀圖可以看出，要達到相同的出口壓力，圖2結(jié)構(gòu)比圖3結(jié)構(gòu)需要更大的進口壓力。

    變換邊界條件

    設(shè)入口邊界條件為入口壓力已知，出口邊界條件為出口流量已知，再次進行計算，結(jié)果如表4、表5所示。

    從表6可以看出，在進口靜壓和出口流量相同的情況下，圖2結(jié)構(gòu)的進出口靜壓差為115525Pa，而圖3結(jié)構(gòu)的進出口靜壓差為56100Pa，圖2結(jié)構(gòu)是圖3結(jié)構(gòu)的2.05倍，也就是說在相同的邊界條件下，圖2結(jié)構(gòu)的壓力損失是圖3結(jié)構(gòu)的2.05倍。

    說明

    由于條件有限，我們未對兩種結(jié)構(gòu)的閥門進行相應(yīng)的流體實驗，所以沒有具體的實驗結(jié)果，但由于我們模擬采用模型、條件，所以實際的實驗結(jié)果一定與我們模擬結(jié)果有所區(qū)別，但這并不會影響我們判斷兩種結(jié)構(gòu)在特定條件下流暢能力方面的優(yōu)劣。

    結(jié)論

    1、通過對比，我們可以看出，若介質(zhì)從閥門右端進左端出的情況下，圖3結(jié)構(gòu)的流通能力要優(yōu)于圖2結(jié)構(gòu)。

    2、我們可以利用類似的流場數(shù)值模擬仿真分析對比驗證氨閥產(chǎn)品的性能并進行優(yōu)化設(shè)計。