[发明专利]一种基于CFD的阀门当量长度计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阀门流通能力的计算方法，具体地说为一种基于CFD的阀门当量长度计算方法。

背景技术

阀门的当量长度（L/D）是衡量阀门流通能力的一个重要参数，用来表征流体通过阀门时的压力损失，其数值越小说明流体通过阀门的压力损失越小，阀门的流通能力就越好。

但是目前，阀门的当量长度（L/D）计算主要还利用流阻试验方法，如中国专利文献CN103076048A中公开了一种阀门流量的测量方法，包括以下步骤：A、测量流量系数：测量阀门在各个开度时的流量系数，将各个开度时的流量系数记录；B、测量压差：测量阀门前、后端的压差；C、计算流量：利用公式计算流量，Q为当前阀门开度的阀门流量、KV为当前阀门开度的流量系数、ΔP为当前阀门开度的阀门前端与后端之间的压差。该方法中所述的步骤B中采用普通的测压仪对阀门的前端和后端分别进行测量，得到阀门前、后端的压差。它解决了现有流量测量装置适用性不高、无法适用于阀门的流量测量的问题。

这种方法主要是依据传统经验或简单公式进行图纸设计后，随即生产出样机进行流阻试验，获得阀门进出口的压力差，然后通过公式进行当量长度的计算；这种方法无法在设计初期即样机生产之前获得当量长度值，试制样机进行流阻试验后，才能发现所设计样机是否满足阀门流通性能要求，当不能满足要求时，必须重新设计修改，试制更新零件，再装配样机重复试验，从而带来后期的试验成本增加，浪费大量的人力物力；同时，阀门的类型、结构型式和尺寸各异，品种繁多，通过试验方法对每一规格阀门进行测量计算，这样无形之间增长了产品的开发周期，增加了开发成本，降低了企业的市场竞争力。

随着计算机模拟技术的发展，阀门的流通能力已经可以通过CFD软件来模拟计算，CFD软件(Computational Fluid Dynamics），即计算流体动力学,简称CFD，它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。

发明内容

为此，本发明解决现有技术中采用试验方法计算阀门当量长度，效率低造成的开发周期长和开发成本高的问题，从而提出一种基于CFD的阀门当量长度计算方法，在设计初期通过CFD模拟计算方法计算阀门当量长度，提高开发效率，节约成本。

为解决上述技术问题，本发明的一种基于CFD的阀门当量长度计算方法采用以下方案：

一种基于CFD的阀门当量长度计算方法，包括以下步骤：

（1）建立阀门的三维装配体模型，并在阀体进出口处加延长段；

（2）将三维装配体模型导入CFD软件，生成流道模型，进行网格划分，在流道模型进口设置多个体积流量边界条件，出口压力设置为0，分别模拟计算出相应的多个进口的压力值，并计算出相应的多个进出口压力差值；

（3）根据所述压力差值，通过公式分别计算出多个流量系数值，再计算出平均流量系数值；

（4）根据前面计算所得的平均流量系数值，通过公式计算出阀门的当量长度值。

所述步骤（1）具体为：进口前加长度为3-5倍流道直径的延长段，出口后加长度为6-10倍流道直径的延长段。

在所述步骤（1）中还包括建立阀门的三维装配体模型时，除去不影响流道生成且与流体介质不直接接触的部件和不影响计算结果的细小零部件，仅建立流道封闭的三维模型。

所述步骤（2）还包括，设置体积流量边界条件时，对应的进口体积流量值依据具体的阀门的公称通径在相应的范围内等差选取。

设置体积流量边界条件时，要保证入口流速在速度为3-8m/s，保证产生完全紊流，最小雷诺数不小于4×10⁴。

所述步骤（2）具体为:设置体积流量边界条件时，设置三到七种工况。

所述步骤（2）中模拟计算出相应的压力值并计算出压力差值的步骤具体为：在CFD软件中，将流体设定为不可压缩流体，选取κ-ε湍流模型，将分析方式设定为稳态分析，利用自动收敛准则决定迭代终止，求解步数设为1000次，然后对多个工况分别进行求解，获得流体速度及压力分布云图，通过数据提取获得对应于每个工况的阀门进出口压力差值。

所述步骤（3）具体为：依据压力差值采用以下公式计算出流量系数值C_V，