球形排污閥流場分析報告書

1、球形排污閥流場分析報告書xxxx題目： 基于球形排污閥的流場分析 二級學院： 機械工程學院 專業(yè)： 機械工程（應） 班級： 2013 學生姓名： xx 學號： xx 指導教師姓名： xx 職稱： 教授 評閱教師姓名： xx 職稱： 教授 2014年8月目 錄第一部分 設(shè)計調(diào)研第二部分 設(shè)計說明第三部分 總結(jié)第一部分 設(shè)計調(diào)研1 引言設(shè)計整體高溫球閥是采用新型密封材料為閥座,經(jīng)同類產(chǎn)品聚四氟乙烯做密封的球閥,使用壽命提高了3-5倍。具有性能穩(wěn)定、密封可靠、磨擦力小、開關(guān)輕便、耐高溫、耐磨、耐油、耐腐蝕、使用壽命長等優(yōu)點，“工洲”牌高溫球閥與截止閥、柱塞閥、排污閥，結(jié)構(gòu)長度相符，擴大了球閥使用范圍

2、，廣泛用于石油、化工、橡膠、造紙、制藥等行業(yè)，可替代截止閥、柱塞閥、快速排污閥。適用介質(zhì)：水、蒸汽、導熱油等酸類，使用溫度：350。該型閥門中的球體、密封圈采用了特殊的加工工藝和最新密封材料，使球體表面粗糙度和圓度達到標準要求，從而提高了密封性能和使用壽命、耐高溫的能力。控制方式自動 電動開啟機構(gòu)分定時控制和壓差控制兩種方式，采用定時控制時，設(shè)有微電腦定時時控開關(guān)，可按設(shè)定時間要求實現(xiàn)自動清洗排污；采用壓差控制時，安裝有差壓控制器，當進出水口的壓差達到設(shè)定值（一般取為0.04MPa）時, 可實現(xiàn)自動清洗排污，不需要進行人工操作。此時排污口安裝電動排污閥，水流導向閥和電動排污閥實現(xiàn)聯(lián)動。性能參數(shù)

3、型號公稱壓力(MPa)強度試驗壓力(MPa)密封試驗壓(MPa)適用溫度()適用介質(zhì)QQ641M/F-16C1.62.41.8-28+300 (M/F)導熱油、水、蒸汽、氣體、油品、硝酸類腐蝕性介質(zhì)、醋酸類腐蝕性介質(zhì)QQ641M/F-25C2.54.02.8-28+350 (PPN)主要零部件材料序號零部件名稱材料1閥體球墨鑄鐵、碳素鋼、鑄不銹鋼2密封圈(M/F)高強度耐磨碳結(jié)石墨300 (PPN)對蒞聚苯、溫度3503球不銹鋼4填料聚四氟乙烯5填料壓蓋QT45010球墨鑄鐵6閥桿碳素鋼、鉻不銹鋼7手柄碳鋼排污閥主要技術(shù)參數(shù)：型號規(guī)格尺寸LDD 1D 2z-dHbQQ641M/F-161511

4、59565454-1485142013010575554-1495162514011585654-141031632165135100784-181051840180145110854-1812018502001601251004-1819520652201801451204-1819520802501951601358-18215221002802151801558-1825524本文分析流程在workbench下制作完成，其流程如下所示：第二部分 設(shè)計說明 本文基于流體力學知識和workbench平臺，對排污閥流道內(nèi)部進行簡易的流場模擬。基于兩側(cè)不同的壓力、溫度、速度的設(shè)置，分析流體對閥體

5、溫度變化的影響。 為了對上述效果的實現(xiàn)，分以下幾步驟：A.建立3D模型 本文依據(jù)solidworks三維建模軟件，參考“排污閥主要技術(shù)參數(shù)”表，簡化了原排污閥實際模型，只要簡化的結(jié)果不影響實際研究分析結(jié)果的準確性的目的即可。實際建立模型如下所示：其內(nèi)部流道與外部閥體配合簡圖如下：B.流體域設(shè)置由于要在fluent里計算流場，故需要進行流體域和固體域劃分。本例中需要對排污閥進口、出口以及流固邊界層的設(shè)置。如下圖：C.劃分網(wǎng)格網(wǎng)格劃分的好壞決定了研究問題求解的準確性，也兼衡了求解精度和求解速度。在本例中網(wǎng)格劃分的關(guān)鍵在于邊界面的處理以及部件內(nèi)各組件的一致搭配，否則，會出現(xiàn)流體域邊界與固體域邊界節(jié)點

6、鏈接錯位的狀況。這會造成計算結(jié)果的重大誤差。如下左圖表示為邊界連接錯位，右圖表示連接完好的情況。 其次，邊界膨脹層的處理，由于流體域在邊界層面上流速、壓強梯度變化大。為了能細微、確切、實際的反映邊界層流體運動的真實情況。故而，需要細化網(wǎng)格處理邊界即膨脹層設(shè)置的引入。其三維體效果如下，便于直觀觀察網(wǎng)格質(zhì)量好壞：最后整體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分效果圖如下：C.求解器的設(shè)置本文采用求解基于fluent 軟件進行有限差分法求解。 在mesh中網(wǎng)格劃分完畢后將數(shù)據(jù)導入到fluent 內(nèi)進行求解。Fluent 依據(jù)有限差分法原理分析對象，具有計算精準、可靠性高的優(yōu)點。已是流體分析領(lǐng)域主流應用軟件之一。將網(wǎng)格模型讀入F

7、luent 如下圖： 單位制的確定，F(xiàn)luent 默認的長度單位是M，故得對單位進行轉(zhuǎn)換，下圖：其包含建立模型在X、Y、Z方向尺寸大小。求解選項預設(shè)置：本次基于壓力基求解器計算，其以動量和壓力為基本變量，通過連續(xù)性方程導出壓力和速度的耦合算法。分析流體運動模型及介質(zhì)材料確定：流體介質(zhì)為水，閥體材料為合金鋼。 流、固區(qū)域：流體區(qū)域參數(shù)設(shè)置： 固體區(qū)域參數(shù)設(shè)置： 邊界條件設(shè)置：首先確定整體劃分哪些分析區(qū)域，然后對相應的邊界設(shè)置，這里邊界條件為：進口速度為2.8，出口壓強為一個標準大氣壓。計算方案確定 計算方法與計算控制采用默認，計算初始化如下圖：預先設(shè)置計算迭代步子并計算：迭代步數(shù)為500 計算迭

8、代結(jié)果：在第106步時，已經(jīng)收斂，計算完成。各參量各步運行結(jié)果曲線變化圖：D.后處理 后處理階段在CFD中進行，將fluent 中計算結(jié)果導入CFD中進行后處理。將得到的數(shù)據(jù)導入CFD中，如下圖所示： 一般后處理，需要讀出流線軌跡，流場中壓強分布規(guī)律等。下圖分別為進出口流場的壓強分布圖：出口的邊界條件是一個標準大氣壓，故上右圖表示整個出口的大氣壓沒變化。進口面中，靠近邊界面的膨脹層最大為10960Pa,靠近中心最小。下圖看看邊界面的壓強分布規(guī)律，下圖所示：可以發(fā)現(xiàn)，從進口面到出口面壓強依次降低，靠近進口面最大為10960Pa，靠近出口面達到最小為10130Pa。也可以以切片形式直觀展示，如下圖

9、：觀察從進口端到出口端的50條流線軌跡，如下圖所示：下圖反映上圖的情況，選取其中25條流線軌跡，分析其壓強從進口面到出口面的變化情況。從上圖可以看出，進口面內(nèi)膨脹層內(nèi)壓強變化較為劇烈。最終，所有壓強均為一個標準大氣壓。下圖所示為，從進口端內(nèi)到出口端的25條流線速度變化規(guī)律，如下：分析得到，進口區(qū)域所有初速度均為2.8m/s，到出口端一部分升高，另一部分降低。 第三部分 總結(jié)通過本次流場分析報告的設(shè)計，通過workbench平臺，走過了基本的設(shè)計程序，積累了寶貴的設(shè)計經(jīng)驗。從三維的查數(shù)據(jù)建模，導入到workbench的DM模塊中處理模型和MESH模塊中劃分網(wǎng)格上收益頗多，對以后處理類似問題打好了基礎(chǔ)。從MESH中導入數(shù)據(jù)到FLUENT中計算，初步了解了有限差分法計算功能的強大，可以從理論和仿真方面加深對此問題的深入思考。關(guān)于FLUENT動網(wǎng)格的應用，以后繼續(xù)深入學習。在CFD-POS