[发明专利]一种三通弹簧阀阀芯开度数值模拟研究方法

说明书

本发明的目的在于提供一种三通弹簧阀阀芯开度数值模拟研究方法，包括如下步骤：数值模拟前处理，包括弹簧止回阀三维建模、流场域提取、流场网格划分、湍流模型、近壁面函数的选取和网格无关性验证；数值迭代计算，包括预设流场数值模拟边界条件、基于动网格技术的非定常流场数值模拟、阀芯受力达到平衡以及模拟进出口压差与实验数据对比的迭代修正；获得该工况下阀芯稳定时的开度与位置；重复上述三个步骤工作，获得不同工况、流量/压力下的阀芯稳定开度位置，通过数据拟合得到流量/压差与阀芯开度的对应关系。本发明通过CFD模拟可以研究过流部件内部的流动特性，进而可以准确高效的求解出弹簧阀阀芯的平衡位置，用来指导阀门实际设计生产。

技术领域

本发明涉及的是一种管路模拟方法，具体地说是三通弹簧阀模拟方法。

背景技术

管路系统包括泵、阀、管路等元件，各元件协同工作确保整套设备安全、稳定、经济的运行。阀门作为管路系统中的重要控制部件，可用来调节管路中介质的流量、压力，或用来切断、打开过流介质通路。其中，止回阀的主要功能就是切断介质的回流。弹簧止回阀在管路系统当中起着重要作用，其切断回流及调节流量分配的作用对于管路系统的平稳运行十分重要。弹簧止回阀是根据管路系统的工作压力自动启闭的一种阀门，一般安装于封闭管路系统中，用以保护系统安全。在一些军用产品的管路系统中，对弹簧阀的要求更高，除满足正常的水力性能外，弹簧阀振动噪声也有较高要求，以满足舰艇的隐蔽性及战斗性。

该弹簧阀包括进口、主出口、空排口、阀芯、阀杆、节流套等部件，是一非对称结构三通阀；而阀芯是弹簧止回阀中重要部件，弹簧阀切断回流和流量分配功能都由阀芯实现。当入口压力小于阀芯触发压力时，阀芯在弹簧弹性力作用下不发生位移，阀处于关闭状态；而入口压力大于其触发压力时，阀芯受向上的合力而上移，阀进入开启过程直至达到稳定。额定工况下所有的水都从主出口排出，空排口相当于堵住，此时与常规两通阀门无异；该阀主要为非额定工况所设计，以满足给水管路系统变工况调节的便利。非额定工况下水从主出口和空排口同时排出，此时弹簧阀未达到完全打开的工况，阀芯悬浮于弹簧阀内处于不稳定状态，这种工况下阀芯的运动及阀内的流动情况较为复杂，在某些流量下会出现弹簧止回阀—离心泵—管路系统异常振动。因此，为了减轻阀芯不稳定平衡态对系统水力性能和振动特性的影响，需要对阀芯的平衡位置进行测量或估算。

所以，研究弹簧阀阀芯位置(开度)有着重要意义，可更好的研究弹簧阀非额定工况下内部不稳定流场特性，对弹簧阀进行结构优化设计，探究控制弹簧阀流致振动噪声的方法。当前对非对称结构三通阀的内部流场研究较少，对于阀芯位置的研究大多采用实验方法。现有的实验方法如下：对阀体进行打孔，对阀芯进行再加工，以此得到阀芯的实验数据，并利用实验数据进行优化设计，如此反复，最终获得符合要求的设计方案。而利用实验方法对阀芯位置进行测量虽然能得到相应的实验数据，但是打孔加工过程过于繁琐，反复进行加工实验再加工的循环耗费大量人力物力，因而需通过数值模拟方法来研究弹簧阀阀平衡开度位置，并且有些特殊情况无法打孔测试。随着CFD技术日益成熟，利用CFD技术可以了解过流部件内部的流动特性，通过现有的少量实验数据(进出口压差、进出口流量)修正模型的条件，避免对阀体和阀芯进行再加工，减少研制的周期和成本，为优化设计提供新方案。

发明内容

本发明的目的在于提供用来研究未知阀芯位置的复杂结构弹簧阀的阀芯平衡位置，进而研究弹簧阀在非额定工况下内部的不稳定流场特性，指导阀门的设计生产，研究阀内部的流致振动噪声特性的一种三通弹簧阀阀芯开度数值模拟研究方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种三通弹簧阀阀芯开度数值模拟研究方法，其特征是：

(1)数值模拟前处理，包括弹簧止回阀三维建模、流场域提取、流场网格划分、湍流模型、近壁面函数的选取和网格无关性验证；

(2)数值迭代计算，包括预设流场数值模拟边界条件、基于动网格技术的非定常流场数值模拟、阀芯受力达到平衡以及模拟进出口压差与实验数据对比的迭代修正；