三通換向閥阻力損失模擬計算

楊有全，張豐

（南京凈環(huán)熱冶金工程有限公司，江蘇南京210016）

三通換向閥阻力損失模擬計算

楊有全，張豐

（南京凈環(huán)熱冶金工程有限公司，江蘇南京210016）

三通換向閥是實現(xiàn)蓄熱式燃燒技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備之一。介紹了利用三維軟件對三通換向閥的流動特性模擬結(jié)果，并在實際工程中進行驗證。本研究對三通換向閥的設(shè)計具有指導(dǎo)意義。

三通換向閥；煙氣；UG；網(wǎng)格劃分；Fluent

三通換向閥是實現(xiàn)蓄熱式燃燒技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備之一，隨著蓄熱式燃燒技術(shù)的普遍應(yīng)用，三通換向閥在工程應(yīng)用中也逐漸成熟，但在實際應(yīng)用中還有待進一步完善。特別是在雙蓄熱燃燒技術(shù)中，燃料氣體的換向閥選型更為重要，在每次換向過程中都會有燃料損失，換向閥選擇過大燃料損失就大，換向閥選擇過小又會造成流動阻力損失過大，用UG進行三維建模，ICEM進行網(wǎng)格劃分，再利用Fluent進行計算，并在實際工程運用中驗證。

1 三通換向閥的結(jié)構(gòu)與計算模型

1.1 三通換向閥的工作方式

蓄熱式加熱爐空、煤氣管路與排煙管路中使用的三通換向閥（下文簡稱換向閥）結(jié)構(gòu)如圖1所示。此換向閥具有兩個缸體，三個進、排氣管道，兩個檢修人孔。通過電磁閥控制閥板的升降，來達到控制氣路的進、排氣過程。

通過三維視圖表現(xiàn)的換向閥進、排氣內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖1 三通換向閥示意圖

如圖2所示。

圖2 換向閥進氣、排煙過程內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 三維建模與計算模型

根據(jù)高爐煤氣雙蓄熱燃燒工程實例，換向閥配置為表1所示。每個換向閥的兩個氣缸分別對空氣/空煙（煤氣/煤煙）進行通或斷的操作，亦可兩個同時切斷，停止供氣和排煙。換向閥分兩側(cè)對稱布置，每個換向控制回路有兩個空氣/空煙和兩個煤氣/煤煙換向閥組成，全爐共計12個。

表1 換向閥配置

2 工質(zhì)物性與邊界條件的設(shè)定

2.1 工質(zhì)的流量參數(shù)

蓄熱式加熱爐中空氣、煤氣管路各段參數(shù)及設(shè)備配置如表2、表3所示。

表2 空氣、煤氣參數(shù)

表3 煙氣參數(shù)

2.2 邊界條件的設(shè)定

從上一節(jié)可以看出，空氣/空煙管路中換向閥管徑為DN600、DN700兩種，煤氣/煤煙管路中換向閥管徑為DN700、DN800兩種，為比較換向閥的流通特性，本文對不同管徑的換向閥所取的流量分別設(shè)定為8 000 m3/h、13 000 m3/h、18 000 m3/h，換算為流速的具體數(shù)值如表4所示。

表4 計算所取流量的設(shè)定（m/s）

蓄熱式加熱爐中使用的是高爐煤氣，其與煙氣的組成如表5所示。蓄熱式爐中煤氣的溫度設(shè)定為20℃，其物性參數(shù)為ρ=1.229 kg/m3，ν=13.914 m2/s；煙氣的溫度設(shè)定為150℃，其物性參數(shù)為ρ=0.956 kg/m3，ν=22.85 m2/s。

表5 高爐煤氣（煙氣）的組分

在邊界條件設(shè)置中，將material中流體空氣的熱物性參數(shù)改為上文中的值，來模擬煙氣的流動情況。進口為質(zhì)量速度入口，出口為壓力出口，進空氣的壓力為6 600 Pa，煤氣的壓力為8 000 Pa，排煙的壓力為4 000 Pa。其余面均設(shè)置為絕熱、無滑移壁面；流體域為空氣，不可壓縮，常物性。整個流動狀態(tài)處于湍流狀態(tài)，湍流模型選擇k-ε模型。

2.3 網(wǎng)格劃分

換向閥的網(wǎng)格劃分如圖3所示，DN600、DN700與DN800三種尺寸模型均采用相同的網(wǎng)格設(shè)置，網(wǎng)格數(shù)量分別為0.79×106、1.09×106與1.71×106。

圖3 模型網(wǎng)格劃分圖

3 計算結(jié)果與特性分析

由于管徑不同，相同質(zhì)量流量下，實際流速是不相同的，具體參數(shù)見表6、表7、表8。本文模擬了相同流量下，不同管徑換向閥進空氣、煤氣以及排煙氣的流動情況。

表6 進空氣的流動模擬計算（Pa）

表7 進煤氣的流動模擬計算（Pa）

表8 排煙氣的流動模擬計算（Pa）

4 結(jié)論

工程實際投產(chǎn)后，在現(xiàn)場測量阻力損失數(shù)據(jù)，和模擬計算數(shù)據(jù)基本吻合，三維模擬計算流動阻力符合計算要求，為工程設(shè)計中選擇三通換向閥提供計算依據(jù)。

Resistance Loss Simulation Calculation of Three Way Reversing Valve

YANG Youquan,ZHANG Feng
（Nanjing Jinghuanre Metallurgy Engineering Co.,Ltd,Nanjing 210016,China）

Three-way reversing valve is one of the key equipments to realize regenerative combustion technology.The simulation results of the flow characteristics of the three way reversing valve by using CFD software are introduced,which is verified in practical engineering.It has guiding significance to the design of three way revering valve.

three way reversing valve;flue gas;UG;mesh generation;Fluent

TF066.5

A

1001-6988（2016）06-0036-03

2016-08-31

楊有全（1977—），男，工程師，主要從事加熱爐的設(shè)計與項目管理方面工作.