于海波 沈明啟
摘要:本文介紹了使用ANSYS CFX軟件對超超臨界水位調(diào)節(jié)閥進行流量特性分析的方法
關(guān)鍵詞:超超臨界;調(diào)節(jié)閥;流量特性
引言
現(xiàn)代工業(yè),調(diào)節(jié)閥有著非常重要的地位和作用,它是形成工業(yè)自動化系統(tǒng)的重要組成部分,這些系統(tǒng)無論是實現(xiàn)能量的交換,還是壓力的轉(zhuǎn)變等都需要使用調(diào)節(jié)閥去實現(xiàn)控制。調(diào)節(jié)閥是控制元件的最主要的型式之一,按功能分,其主要類型包括穩(wěn)定壓力用調(diào)節(jié)閥、V型缺口單座閥和雙座閥調(diào)節(jié)閥、隔膜閥、蝶閥、球閥、套筒閥、偏心旋轉(zhuǎn)閥、精小型調(diào)節(jié)閥、全功能超輕型閥等。
超超臨界水位調(diào)節(jié)閥安裝在1000MW超(超)臨界發(fā)電機組儲水罐與冷凝器之間的管道上,它的主要目的是當(dāng)系統(tǒng)處于鍋爐加水,清洗和鍋爐啟動階段時,在出現(xiàn)儲水罐水位超過系統(tǒng)安全限值的情況下,通過水位調(diào)節(jié)閥向冷凝器疏水以防止水位超標(biāo),保護系統(tǒng)的安全性和順利運行。鍋爐在濕態(tài)運行時,省煤器入口的最低安全流量由水泵來進行控制,當(dāng)儲水罐水位在運行過程中需要調(diào)節(jié)時,則要啟動循環(huán)泵出口的調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié),隨著水位逐步提高,儲水罐液位則將通過安裝在儲水罐處的水位調(diào)節(jié)閥進行液位調(diào)整和控制。
1.流量特性類型
流量特性是指閥門在不同的相對開度下,流量與位移的曲線關(guān)系,因此可以得出閥門的流量取決于閥門的壓降,比如可以通過改變調(diào)節(jié)閥閥瓣和閥座密封面間的間隙面積來調(diào)節(jié)流量。流量特性一般有五種形式包括線性特性、平方根特性、等百分比特性、雙曲線特性、快開特性等,目前大多數(shù)的調(diào)節(jié)閥都是采用線性和等百分比特性。
直線特性即調(diào)節(jié)閥的流量變化與閥桿的行程成線性關(guān)系,是一種最理想的特性,因為在壓降過程中,流量特性是一個恒定的常數(shù)。直線特性在閥門開度較小時,其流量變化速度較快,調(diào)節(jié)流量的幅度比較強,在開度進一步增加后,流量變化速度較慢,調(diào)節(jié)流量的幅度就較小開度時小,調(diào)節(jié)的時效性不夠。
等百分比特性是應(yīng)用比較廣泛的流量特性關(guān)系,其變化規(guī)律是一個數(shù)值確定的百分比。等百分比特性在閥門開度較小時,流量也比較小,變化值也相對較小,調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)作用比較穩(wěn)定,在開度較大的場合,流道的流量也比較大,其調(diào)節(jié)比較迅速,靈敏度較高。與直線特性相比,當(dāng)閥門的開度一定時,其流量比直線特性小。
安裝流量特性是指閥門安裝后的實際流量特性,它不是在恒定壓降下進行研究的,其壓降隨著流量的變化而變化。在系統(tǒng)中,閥門安裝后,管道和設(shè)備兩端產(chǎn)生壓降損失,壓降損失由靜壓頭損失和動壓頭損失組成,流量動壓頭損失曲線稱為系統(tǒng)阻力曲線,對曲線進行分析可以得出以下結(jié)論:
1.1如果系統(tǒng)安裝有壓力泵,調(diào)節(jié)閥的壓降則等于系統(tǒng)在額定流量下丫頭損失的33%;
1.2如果系統(tǒng)安裝有離心壓縮機,壓降值為吸入段壓力的百分之五,或者為系統(tǒng)壓力損失的一半。
1.3在僅有靜壓力的情況下,介質(zhì)從壓力容器流向另一個容器里,調(diào)節(jié)閥壓降為壓力較低端的百分之十,或者為系統(tǒng)壓力損失的一般。
1.4安裝在透平、再熱器等整齊管道上的調(diào)節(jié)閥,其壓力降要到達設(shè)計壓力的百分之十。
1.5當(dāng)調(diào)節(jié)閥壓力降所占系統(tǒng)壓力降的比例較小時,其安裝流量特性為快開式,具有線性特性的閥門調(diào)節(jié)性能則出現(xiàn)較大變化,不能夠滿足調(diào)節(jié)特性的基本要求,具有等百分比特性的閥門調(diào)節(jié)性能則在形狀上更加接近直線型,更加適合調(diào)節(jié)需求。
2.ANSYS CFX軟件簡介
ANSYS CFX是目前世界范圍內(nèi)規(guī)模最大,最專業(yè)的的商業(yè)CFD軟件,其可計算的物理問題包括各種流動如亞臨界、超臨界等、傳熱如導(dǎo)熱、多相流如歐拉和拉格朗日粒子、化學(xué)反應(yīng)和燃燒等多組分問題,還擁有諸如氣蝕、流動耦合、沸騰、相間傳質(zhì)、多重旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、非牛頓流、并行計算、二次系統(tǒng)開發(fā)、真實氣體等大批復(fù)雜現(xiàn)象的實用模型。在湍流模型中,納入了RANS模型、SST模型、DES模型、LES模型等。
3.基于ANSYS CFX的流體性能分析
3.1建立有限元模型
根據(jù)閥門的開關(guān)特性及結(jié)構(gòu)的對稱性,利用SOLIDWORK建立調(diào)節(jié)閥開度10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%及100%的1/2流體模型。
3.2網(wǎng)格劃分
根據(jù)不同開度的網(wǎng)格參數(shù),包括網(wǎng)格大小、局部網(wǎng)格數(shù)量、節(jié)流位置參數(shù)、總網(wǎng)格數(shù)等進行網(wǎng)格劃分。
3.3 求解
將在ANSYS ICEM CFD劃分的有限元模型,導(dǎo)入ANSYS CFX Pre中,并根據(jù)不同開度下選擇入口參數(shù)、出口參數(shù)、收斂方式進行初始條件設(shè)置,選擇湍流模型,經(jīng)分析,其最終過程為收斂。
4.結(jié)論
根據(jù)得到的結(jié)果,計算得到流阻和流通能力,通過理論計算與分析Kv對比分析可知,使用ANSYS CFX軟件進行流量特性分析的結(jié)果滿足等百分比要求,與理論計算曲線吻合度很高。因此,采用ANSYS CFX分析流通能力的方法是合理的、正確的。
參考文獻:
[1]王松嶺等.流體力學(xué)[M].北京:中國電力出版社,2007.
[2]孫紀(jì)寧.ANSYS CFX 對流傳熱數(shù)值模擬基礎(chǔ)應(yīng)用教程[M].北京:國防工業(yè)出版社,2010.
作者簡介:于海波(1983-),男,工程師,從事閥門技術(shù)工作。