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球阀流体动力学特性分析

发布时间：2022-05-26

球阀是一种常见的阀门，具有结构紧凑、易操作和易维修等特点，既适用于一般工作介质，也适用于苛刻工况的介质。它是一种重要的阀类，广泛应用在石油、化工、煤炭、造纸、制药、水利、电力等行业，在国民经济中占有举足轻重的地位。本文主要以用于开关控制的普通球阀和用于调节控制的V型球阀为对象，对阀门在单相调控过程中的流体动力学特性进行实验和数值分析。

1.球阀启闭过程动态流体动力学特性

普通球阀在使用中一般都作为开关阀门，在开关过程中阀门的内部流动将急剧变化，这将对阀门的可靠性和管道系统的稳定性产生重要的影响。因此，本章主要以DN50口径的浮动式球阀为对象，对其瞬态开关过程的动态流体动力学特性进行研究。

2.球阀三维模型

浮动式球阀是一种使用较多的球阀类型。该球阀的球体由两个阀座支撑，在介质压力的作用下，球体会产生一定的位移量，压紧阀座密封圈，保证出口处密封性能良好。DN50的浮动式球阀结构如下图所示。

浮动式球阀结构示意图

根据球阀的实际尺寸，利用三维建模软件UG对球阀内部流道进行三维实体建模。为了保证阀前来流和阀后流动充分发展，将阀前流道长度设为5倍的阀门直径，阀后流道长度设为10倍的阀门直径。如图为球阀全开工况下内部流道计算区域的三维示意图。该区域可以分为4个部分：阀前流道、阀芯流道、阀后流道及阀腔间隙。

球阀全开情况下内部流道计算区域的三维示意图

3.阀门特性实验

阀门特性实验系统为闭式循环系统，主要由水箱、变频泵、循环管道和待测阀门等部分组成，如下图所示。为保证流量和压力采集的准确性，流量计安装位置与待测阀门的距离为20D（D为管道直径），阀前压力传感器安装在5D处，阀后压力传感器安装在10D处。本章主要开展不同启闭时间下（18s，23s，34s，45s和70s）的阀门特性实验。

阀门性能测试系统示意图

上海川沪阀门性能实验系统实物图

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