基于CFD多路閥主閥芯建模仿真

邱雪

（貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽 550008）

CFD（Computational Fluid Dynamics） 是 計 算流體力學(xué)的簡寫，利用計算機計算并圖像顯示，目前國際上比較流行的CFD軟件包是FLUENT。本文利用Solidworks軟件建模，然后導(dǎo)入FLUENT前處理器Gambit進行網(wǎng)格劃分，通過邊界條件的設(shè)置，在Fluent中得到流場內(nèi)速度的矢量圖及流過閥口的流量大小。本文以某特定型號多路閥主閥芯的其中一聯(lián)為例，該聯(lián)滑閥閥口節(jié)流槽為V-U組合，共兩個。

1 建模及網(wǎng)格劃分

1.1 使用Solidworks建模

建模前對模型進行一些簡化：設(shè)滑閥為理想滑閥，即閥芯和閥體不存在徑向間隙配合精確且棱邊為完全直角?；y是面對稱結(jié)構(gòu)，因此可以只對流動區(qū)域的一半進行建模仿真。首先分別建立沒有閥芯的流體區(qū)域和閥芯實體，然后進行裝配，最后裝配圖在Gambit中做布爾運算得到二分之一的流體區(qū)域模型。

1.2 使用Gambit劃分網(wǎng)格

Gambit軟件做為面向CFD的前處理軟件，其劃分網(wǎng)格的功能非常強大，既可以生成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格，也可以生成非結(jié)構(gòu)化的，還可以是混合型網(wǎng)格。本文多路閥主閥芯V—U型節(jié)流槽滑閥閥口的網(wǎng)格劃分如圖1所示。

圖1 V—U形節(jié)流口網(wǎng)格劃分

1.3 邊界條件處理

劃分好網(wǎng)格后，將mesh文件導(dǎo)入Fluent中，并做以下假設(shè), 液壓油為不可壓縮流體，密度為860kg/m3， 運 動 粘 度 為 4× 10-5m2/s ， 系 統(tǒng) 中 無熱傳導(dǎo)現(xiàn)象，進口和出口均為壓力條件，進口壓力為12MPa，出口壓力為10MPa，滑閥所有壁面設(shè)為WALL邊界，無滑移，采用標準壁面函數(shù)。

2 仿真分析

本文分別針對閥口開度為x=1mm，x=2mm，x=3mm，x=4mm時，對多路閥的速度矢量圖進行仿真及閥口流量模擬。

圖2 不同閥口開度速度矢量圖

圖2 為穩(wěn)態(tài)時不同閥口開度對應(yīng)的閥口處的速度矢量圖。由仿真結(jié)果可知，速度在對稱面上的分布基本一致，閥口開度越大，流體在閥口處的流束也越來越大，流束流出閥口的流速也越大，但流束最大速度值卻逐漸減小，流出方向也逐漸向閥芯軸線偏移，并且在閥腔內(nèi)會出現(xiàn)漩渦。隨著閥口開度的增大，流束射流角逐漸減小。

由Fluent仿真可知，閥口開度為1mm、2mm、3mm、4mm時對應(yīng)的出口流量分別為0.005631kg/s、0.08546kg/s、0.25509kg/s、0.410528kg/s，由對應(yīng)關(guān)系可以仿真出流量曲線。仿真流量曲線與通過理論推導(dǎo)的流量曲線對比圖如圖3所示。由圖可知，兩種方法得到的流量曲線中流量變化趨勢基本一致，數(shù)值基本相近。

圖3 理論流量曲線與仿真流量曲線對比圖

3 結(jié)語

通過Solidworks軟件與Gambit軟件的結(jié)合建立主閥芯流出的三維模型，可以解決Gambit不能進行參數(shù)化設(shè)置，不同閥口開度需要多次重復(fù)建模的問題，并且通過Fluent仿真可以得出不同閥口開度時流場內(nèi)速度矢量分布的變化情況和通過閥口的流量大小，并與理論公式推導(dǎo)得到的流量基本吻合。

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