不同壓降下FESTO電磁閥流量系數(shù)的分析

    不同壓降下FESTO電磁閥流量系數(shù)的分析
    FESTO電磁閥結(jié)構(gòu)多種多樣，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且FESTO電磁閥的類型和結(jié)構(gòu)還在不斷地變化和更新。因此以往的試驗結(jié)果歸納總結(jié)出來的公式、系數(shù)只能適合幾種常見類型，用來估算閥門內(nèi)部的流動特性誤差較大。隨著計算機技術(shù)和數(shù)值計算的發(fā)展，運用計算流體動力學(xué)（CFD）對流體流動進行模擬仿真分析，已經(jīng)成為一種普遍應(yīng)用的工程分析技術(shù)。計算流體動力學(xué)的發(fā)展為人們很好地了解閥門內(nèi)部流體的流動情況提供了很好的途徑。
    FESTO電磁閥結(jié)構(gòu)
    1 數(shù)學(xué)模型的建立
    在流體運動中遵循三個zui基本的守恒方程，即守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律。通過網(wǎng)格劃分就可以把流體模型劃分成多個控制體，對于每一個控制體運用流體運動的三個基本方程進行模擬計算和分析。
    連續(xù)性方程的微分形式為：
    連續(xù)性方程又稱守恒方程，該方程可用于可壓流動和不可壓流動。
    動量守恒方程為：
         FESTO電磁閥運用三維建模軟件建立調(diào)節(jié)閥的實體模型，通過布爾運算抽取調(diào)節(jié)閥及加長管道部分。為了更好更準確地模擬閥體內(nèi)部流動情況，對閥出口管段進行加長，加長管道的長度大約為250mm（約為管道直徑的5倍）。FESTO電磁閥開度為10%時流道的剖面實體模型。
    FESTO電磁閥10%開度時流道剖面
    FESTO電磁閥計算網(wǎng)格的劃分
    將FESTO電磁閥流道的三維實體模型導(dǎo)入（網(wǎng)格劃分）軟件中進行數(shù)值模擬計算的前處理。為了節(jié)省計算時間，建立流道模型的一半作為計算模型。為了提高計算精度和考慮數(shù)值計算對計算機的要求，在劃分網(wǎng)格時采用非結(jié)構(gòu)化的四面體網(wǎng)格。劃分后的網(wǎng)格數(shù)大約為5萬左右。設(shè)置邊界條件為壓力入口和壓力出口，流道模型剖面設(shè)置為對稱面邊界。調(diào)節(jié)閥開度為10%的流道網(wǎng)格劃分如。
    FESTO電磁閥流道網(wǎng)格
    3 數(shù)值計算與結(jié)果分析
    3.1 邊界條件設(shè)置
    將處理后的網(wǎng)格文件導(dǎo)入Fluent分析模塊，并進行邊界條件和流體屬性設(shè)置，選擇合適的求解方程及模型。設(shè)置流體屬性為ideal-gas，流體屬性參數(shù)保持默認值。設(shè)置入口和出口壓力，使得壓差分別為0.4MPa、0.55MPa、0.66MPa、0.7MPa，并分別進行數(shù)值模擬計算。湍流模型選用Spalart-Allmaras湍流模型（S-A方程湍流模型）。S-A方程湍流模型常用于大梯度和近壁氣體流動的數(shù)值模擬。不同開度和不同壓差下的數(shù)值模擬計算結(jié)果如表1所示。
    表1 不同開度和不同壓差下數(shù)值模擬的流量系數(shù)值
    3.2 流量系數(shù)的結(jié)果分析
    從表1可以看出，在同一壓差條件下，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)隨開度的增加而增大，開度越大調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)也越大，當調(diào)節(jié)閥為全開狀態(tài)時流量系數(shù)zui大。在同一開度條件下，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)隨著壓差的增大而增大，進出口壓差越FESTO電磁閥的流量系數(shù)也越大。從FESTO電磁閥可以看出，不同壓差下調(diào)節(jié)閥流量特性曲線吻合較好，流量特性基本一致。在開度較小時，由于調(diào)節(jié)閥前后的壓差作用，調(diào)節(jié)閥的流量會呈現(xiàn)快速增長的趨勢，從而使得流量系數(shù)在小開度時增長較快。在開度較大時，F(xiàn)ESTO電磁閥流量基本趨于穩(wěn)定，流量系數(shù)的增長較慢緩。在開度小于60%時，調(diào)節(jié)閥的流量特性與等百分比流量特性趨勢基本一致；在開度較大時，與等百分比流量特性相比，調(diào)節(jié)閥流量特性有下降趨勢。