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作者:admin 閱讀量:次 發(fā)表時(shí)間:2019-09-23 10:02
物料流量調(diào)節(jié)閥的特性研究
在現(xiàn)代化的自動(dòng)控制中,調(diào)節(jié)閥起著十分重要的作用。流動(dòng)的液體、氣體或固體粉料的正確分配和控制,都需要調(diào)節(jié)閥來完成。低壓氣力輸送裝置以鼓風(fēng)機(jī)為動(dòng)力源,風(fēng)機(jī)在供料裝置的前端,料倉(cāng)中粉料通過給料裝置連續(xù)地向高速氣流定量均勻給料,使粉料以懸浮狀態(tài)進(jìn)行輸送。在氣力輸送裝置中,要通過調(diào)節(jié)閥控制物料流量,確定物料的沉降速度和單位時(shí)間內(nèi)輸送的物料質(zhì)量,來控制合理的輸送風(fēng)速及混合比,它們是影響整個(gè)輸送系統(tǒng)輸送能力和效率的關(guān)鍵因素。
作者對(duì)氣力輸送系統(tǒng)中物料流量調(diào)節(jié)閥的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,所進(jìn)行的研究工作為閥的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化以及氣力輸送系統(tǒng)的控制裝置部分的設(shè)置提供了依據(jù)。
1 調(diào)節(jié)閥模型及網(wǎng)格劃分
圖1為所建立的調(diào)速閥模型。考慮閥內(nèi)流動(dòng)為面對(duì)稱結(jié)構(gòu),建立三維軸對(duì)稱模型,節(jié)約計(jì)算資源。
根據(jù)閥的幾何特征,預(yù)先局部細(xì)化了閥內(nèi)復(fù)雜流道處和節(jié)流口處,網(wǎng)格劃分見圖2。并在求解迭代過程中,以壓力梯度和速度梯度為自適應(yīng)函數(shù),對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行了自適應(yīng)細(xì)化,有助于提高解的精度。
圖1 調(diào)節(jié)閥模型
圖2 調(diào)節(jié)閥網(wǎng)格
2 數(shù)值模擬
采用CFD軟件對(duì)閥內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行了仿真計(jì)算,同時(shí)給出流場(chǎng)壓力的輪廓圖和速度的矢量圖的可視化結(jié)果,便于流道的改進(jìn)。
2.1 仿真結(jié)果
為了研究閥在不同工況下的特性,分別在閥不同開度下,以入口速度和出口壓力為邊界條件進(jìn)行了仿真計(jì)算。
圖3為在同一開口度時(shí)調(diào)節(jié)閥在不同流量輸出時(shí)閥芯的進(jìn)口壓力。
圖3 進(jìn)口壓力隨流量變化曲線
從圖3中可以看出: 固定開口度時(shí),隨著流量的增加; 進(jìn)口壓力增加。尤其是小開度時(shí),進(jìn)口壓力會(huì)急劇增加,這時(shí)閥內(nèi)節(jié)流口處最低壓力會(huì)低于大氣壓力,出現(xiàn)氣穴甚至氣蝕,影響流體的流動(dòng)連續(xù)性,在實(shí)際選用調(diào)節(jié)閥時(shí)要避免此工況的出現(xiàn); 開度大時(shí),流量的增加所帶來的壓力變化逐步較小。
閥芯所受的不平衡力直接關(guān)系調(diào)節(jié)閥控制裝置特性研究所需的參數(shù)及閥的性能特性,所以有必要對(duì)調(diào)節(jié)閥所受的不平衡力進(jìn)行研究。但是由于閥芯在中間位置時(shí)不平衡力難以用公式表示,因此,一般把調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)閥芯所受的靜態(tài)不平衡力作為調(diào)節(jié)閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)不精確。所謂調(diào)節(jié)閥的不平衡力就是指直行程的閥芯所受到流體的軸向合力。因此將閥內(nèi)流場(chǎng)壓力的分布沿閥芯表面積積分,便是閥芯所受到的軸向合力,即調(diào)節(jié)閥的不平衡力。
對(duì)閥內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,可以給出閥芯在不同位置時(shí),沿閥芯表面的壓力分布,以此可研究調(diào)節(jié)閥在不同位置時(shí)受到的不平衡力。圖4為不同開度、不同流量時(shí)閥芯底部壓力分布??梢钥闯觯洪y通過相同流量時(shí),開口度越大,不平衡力越??;開口度不變時(shí),隨著流量的增加閥芯底部壓力急劇增加,小開口度時(shí)尤甚,由于節(jié)流口的作用,靠近節(jié)流口部位的壓力變化最明顯,閥中心位置壓力變化稍緩。
圖4 閥芯底部的壓力分布
2.2 可視化分析
對(duì)閥內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算,可以得到閥內(nèi)流場(chǎng)任何位置的壓力、速度等場(chǎng)量。篇幅有限,結(jié)合流場(chǎng)特征,給出代表性的可視化圖。圖5和圖6分別為閥芯開度為25mm、閥軸對(duì)稱面的流場(chǎng)壓力分布圖和速度矢量圖。
圖5 閥軸對(duì)稱面的壓力分布圖
圖6 閥軸對(duì)稱面的速度矢量圖
由圖5所見:在節(jié)流口部位,由于節(jié)流面積減小,流線收縮,速度增大,動(dòng)能增加,壓力降低,在出口流道拐角處壓力值很低,易產(chǎn)生氣穴,需要改進(jìn)。
從圖6中可以看出:在閥芯底部及閥出口處的拐角流道處出現(xiàn)了漩渦,流動(dòng)損耗大,流道優(yōu)化時(shí)需考慮。
3 結(jié)束語
對(duì)氣力輸送系統(tǒng)中物料流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行建模仿真,得出閥內(nèi)流場(chǎng)分布狀況及閥芯所受不平衡力隨開口度和工況不同的變化,為閥的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化以及氣力輸送系統(tǒng)控制裝置部分的設(shè)置提供了依據(jù)。
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