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学术专题

利用ANSYS仿真分析安全阀流初步--市场销售部 靳绍巍

2018-11-02

安全阀是启闭件受外力作用下处于常闭状态,当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时,通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值的特殊阀门。安全阀属于自动阀类,主要用于锅炉、压力容器和管道上,控制压力不超过规定值,对人身安全和设备运行起重要保护作用。注安全阀必须经过压力试验才能使用。

工作原理:该当系统的压力小于安全阀的调定压力时,弹簧将阀芯的泄液孔顶至密封圈的左侧,这时安全阀处于关闭状态;当系统压力增大至安全阀调定压力时,作用在阀芯上的液压力将克服弹簧力使阀芯向右移动,当阀芯的泄液孔移过密封圈时,系统的液体开始从阀芯的泄液孔泄液,系统的压力开始下降,阀芯的液压力也随之下降,这时弹簧再将阀芯作用到原来的位置。

假定某安全阀工作条件调定压力为38Mpa,进口压力为40Mpa,利用仿真分析计算安全阀开启至关闭过程中的卸载流量。

问题分析:

仿真步骤:

步骤一:模型简化

从安全阀中提取出来的流道

考虑到几何模型的对称性,把全流道的简化,只取1/4个流道。

步骤二:网格划分

使用纯六面体网格划分,网格数量为137万。

步骤三:物理问题求解设置

设置为瞬态压力模型求解,使用多相流VOF模型,隐式求解,残差设置为1e-08k-e二阶重整化模型,加强壁面函数法;空穴模型,环境压强为大气压强,采用动网格,时间步设为1e-05



步骤四:求解结果

步骤五:结果后处理

valve0115s2.jpg



典型工况速度分布云图如图所示



valve0115vs.jpg



型工况速度分布矢量图如图所示



阀芯位移和出口质量流量的关系图如图所示



阀芯位移和流体压力的变化关系图如图所示

结果总结:

1、从阀芯的位移曲线来看,弹簧的运动规律基本上是正确的;

2、在0.015s前,在出口处是没有流量流出的,这主要是由于出口侧的腔室较大,部分流体冲击该腔室的后壁面后并不能从出口圆管处流出,造成进出口流量差别较大;

3、从计算结果中可以看到流体对出口腔室壁面有较大的冲击速度;

4、随着阀门启闭的变化,阀芯小孔处的流速,空化的大小和压力在发生周期性变化。

数值计算可能存在误差的地方:

1、弹簧的运动规律,该计算并没有考虑弹簧阻尼所带来的影响;

2、没有考虑重力的影响,把流动简化成对称的;

3、没有考虑进口处流量不均匀性带来的影响;

4、模型简化带来的误差。

安全阀的仿真分析研究大致可以了解到以下:

1、安全阀的流量;

2、阀芯位移对进口压力变化的规律;

3、空化和气蚀发生的位置;

4、流体对壁面的冲击力及冲击位置。