采用Fluent軟件對(duì)切換閥流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)切換閥流量系數(shù)模擬值與實(shí)驗(yàn)值比較，表明應(yīng)用Fluent對(duì)切換閥進(jìn)行數(shù)值仿真模擬可靠，為切換閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。

1、概述

　　壓力容器和工藝系統(tǒng)的自動(dòng)超壓保護(hù)設(shè)備由2臺(tái)安全閥和1 臺(tái)切換閥組成，切換閥可保證實(shí)現(xiàn)無需停車的情況下對(duì)安全閥進(jìn)行在線檢修或更換。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，在被保護(hù)設(shè)備和泄壓閥之間不可恢復(fù)的壓力損失不能超過閥門整定壓力的3%。因此，研究切換閥的水力特性，對(duì)于降低能量損失以及指導(dǎo)閥門的設(shè)計(jì)有十分重要的意義。本文利用了Fluent 軟件對(duì)切換閥的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)可視化結(jié)果以及流量特性進(jìn)行分析。

2、計(jì)算方法

　　2.1、計(jì)算模型

　　選取2 in. (50mm) 切換閥作為樣閥進(jìn)行仿真計(jì)算。切換閥的A口和B口與安全閥連接(圖1) 。當(dāng)切換閥閥瓣將A口密封，A口處安全閥與系統(tǒng)隔離，為備用安全閥，B口處安全閥為在線安全閥(工況Ⅰ) 。如果閥瓣將B口密封，則A口處安全閥為在線安全閥，B口處安全閥為備用閥(工況Ⅱ) 。切換閥的流場(chǎng)區(qū)域是從切換閥的入口分別到A、B 兩個(gè)出口由閥體、閥座和閥瓣等所組成的三維空間。

　　為了減少計(jì)算量，對(duì)流場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行簡(jiǎn)化。對(duì)固壁邊界不考慮切換閥零件組裝之間的小間隙以及對(duì)尖角部位抹平。由于整個(gè)流場(chǎng)區(qū)域從幾何形狀上看，相對(duì)于X-Y 面是對(duì)稱的，所以真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為可假設(shè)整個(gè)流動(dòng)狀態(tài)也是面對(duì)稱的。因此，計(jì)算域只取一半的流場(chǎng)區(qū)域(圖2) 。

圖1 超壓保護(hù)裝置

圖2 內(nèi)部流場(chǎng)計(jì)算域

　　2.2、網(wǎng)格劃分

　　計(jì)算網(wǎng)格由Fluent的前處理器Gambit 軟件生成。因?yàn)殚y體內(nèi)腔的形狀和流動(dòng)狀態(tài)較復(fù)雜，所以采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，總網(wǎng)格數(shù)為2.0 × 10⁵ ～3.0 × 10⁵。

3、結(jié)語

　　通過數(shù)值模擬得到的切換閥內(nèi)部詳細(xì)的流動(dòng)情況表明，當(dāng)水流流過拐彎處時(shí)，漩渦形成劇烈紊動(dòng)的分離回流區(qū)是水頭損失的主要原因，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為應(yīng)考慮對(duì)閥門閥內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行圓滑過渡或優(yōu)化，從而減小漩渦及能量損耗，增大閥門的流通能力。數(shù)值模擬切換閥的流量特性與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比偏差較小，表明數(shù)值模擬不僅能夠解決實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，且能夠降低實(shí)驗(yàn)研究的費(fèi)用，提高閥門的研發(fā)效率。