了解閥門(mén)在各種運(yùn)行條件下的運(yùn)行方式對(duì)于表征其整體性能至關(guān)重要。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如Cv，以標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估閥性能的方式。Cv是一個(gè)相對(duì)值，用于測(cè)量閥上給定壓力增量下的流量。Cv越大，閥在確定的壓降下可以通過(guò)的流量就越大。Cv使設(shè)計(jì)工程師能夠快速比較不同型號(hào)或品牌的閥門(mén)，并找到最適合其應(yīng)用的閥門(mén)。

截止閥什么是截止閥？

截止閥通過(guò)球形塞的垂直線性運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)流量。每個(gè)截止閥均由主體，閥桿，閥塞（即“球”）和閥蓋組成。它主要用于調(diào)節(jié)腐蝕性或高粘度的流體。由于其固有的形狀，如果將閥門(mén)完全關(guān)閉，則大部分流體會(huì)在排放側(cè)排出，從而最大程度地減少了腐蝕或堵塞的機(jī)會(huì)。

模擬壓降案例研究：預(yù)測(cè)通過(guò)截止閥的壓降

案例模擬所用的幾何形狀取自GrabCAD，作為標(biāo)準(zhǔn)截止閥，模型中的流量從左向右流動(dòng)，如下圖所示。CFD仿真回答了兩個(gè)問(wèn)題：給定壓降時(shí)產(chǎn)生的流速是多少？以及這相對(duì)于插頭位置如何變化？此外，可以監(jiān)控插塞上的流體力以評(píng)估結(jié)構(gòu)性能。

對(duì)于給定的CAD模型，流體域尚未定義。下一步，必須根據(jù)當(dāng)前幾何圖形提取流量。這可以在SimScale平臺(tái)中自動(dòng)完成。

生成的閥體是閥幾何形狀的負(fù)數(shù)，如下所示。為進(jìn)行仿真準(zhǔn)備，同時(shí)增加了入口和出口管道的延伸長(zhǎng)度，以允許足夠的入口長(zhǎng)度以充分流動(dòng)。

截止閥優(yōu)化模擬的最終目的是什么？

模擬的目的是計(jì)算流量系數(shù)。作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它描述了給定壓降下穿過(guò)孔板，閥門(mén)或其他組件的流速。該方程式使用每分鐘加侖/分鐘作為流量單位，使用磅/平方英寸的壓力作為單位。比重值通常設(shè)置為1，即水的比重。標(biāo)準(zhǔn)模擬設(shè)置包括定義整個(gè)閥門(mén)的1 psi壓降，然后運(yùn)行CFD模擬以評(píng)估流速。

閥門(mén)模擬設(shè)置

在入口處定義了1 PSI壓力邊界條件，在出口處定義了0壓力邊界條件。運(yùn)行模擬以計(jì)算在6個(gè)不同的塞子位置處的流速：1、2、4、6、8和10 mm。所有六個(gè)仿真都是在32核計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行的，與傳統(tǒng)的臺(tái)式CFD軟件相比，這迅速增加了周轉(zhuǎn)時(shí)間。

使用以十六進(jìn)制為主導(dǎo)的自動(dòng)網(wǎng)格，將一般細(xì)度設(shè)置設(shè)置為中等。為了提高結(jié)果的準(zhǔn)確性，還添加了特征細(xì)化，表面細(xì)化，區(qū)域細(xì)化和壁層以進(jìn)一步增強(qiáng)網(wǎng)格。

CFD模擬CFD：截止閥的不可壓縮分析

然后將幾何圖形上載到SimScale平臺(tái)，并選擇了不可壓縮的流動(dòng)模擬（當(dāng)流體速度遠(yuǎn)小于馬赫數(shù)時(shí)使用）。使用了SSTk-ω湍流模型，并且分析以穩(wěn)態(tài)進(jìn)行。將水分配給單個(gè)CAD實(shí)體。該仿真使用32個(gè)計(jì)算內(nèi)核運(yùn)行了1000秒鐘（或迭代）。

截止閥壓降分析結(jié)果

如預(yù)期的那樣，最高速度是在塞壁和閥座之間。

一個(gè)不直觀的發(fā)現(xiàn)是塞子左側(cè)的速度射流。與其平行于插頭/外殼壁噴射出，不如沿垂直方向直射。這與塞子的右側(cè)相反，塞子的右側(cè)具有更可預(yù)測(cè)的速度射流。這可以通過(guò)剖切面可視化，該剖切面顯示通過(guò)橫截面的速度大小。

上圖顯示了在不同塞子位置開(kāi)口處作用在塞子上的力。截止閥的位置與力的關(guān)系曲線非常難以預(yù)測(cè)，因此很難判斷最大力會(huì)在哪里發(fā)生。如上圖所示，截止閥塞在打開(kāi)2毫米時(shí)承受最大力。