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球閥主要用來接通、切斷管路中流體的流動(dòng)，是管路系統(tǒng)中的重要控制元件之一，其啟閉過程對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生影響，因此分析閥門啟閉過程中內(nèi)部及上下游的流動(dòng)特性是閥門領(lǐng)域的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容,利用流體軟件Fluent對(duì)球閥內(nèi)部的分離流動(dòng)進(jìn)行了分析，對(duì)閥門瞬態(tài)行為進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)球閥開啟過程的暖態(tài)流陽特性進(jìn)行了數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)球閥內(nèi)壁二維流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，探究了球閥開啟過程中內(nèi)部流場(chǎng)的變化，對(duì)強(qiáng)制密封的球閥內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化,這些研究對(duì)理解鐵王閥門的球閥內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)具有重要作用，但多數(shù)研究集中在常規(guī)流體，如水和氣體，很少涉及流體物性對(duì)其在球閥內(nèi)部流動(dòng)結(jié)構(gòu)的影響。石油的管道運(yùn)輸同樣會(huì)流經(jīng)閥門，閥門啟閉過程會(huì)對(duì)流動(dòng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響.為了進(jìn)一步研究石油單相流和油水兩相流在閥

門中的流動(dòng)狀況，本文對(duì)一些高副度流體(如礦物油、白油等)在球閥內(nèi)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，探究不同流體在其通討

閥門后的復(fù)雜流動(dòng)結(jié)構(gòu)(渦旋與射流)的變化，掌握其流動(dòng)規(guī)律，為高別度石油輸送管道系統(tǒng)的提控參數(shù)優(yōu)化及油水環(huán)

狀流在復(fù)雜流動(dòng)結(jié)構(gòu)下的穩(wěn)定性提供參考

1 流動(dòng)控制方程

流體在球閥內(nèi)部流動(dòng)遵守質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒定律，同時(shí)湍流采用標(biāo)準(zhǔn)的K-s湍流模型。

2 計(jì)算模型

根據(jù)分析要求對(duì)球閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，利用LAD軟件SolidWork、創(chuàng)建球閥的=維模型，其流道的直徑為20 mm

入口管道和出口管道長(zhǎng)度均為40 mm，整個(gè)模型由入口管道、閥芯和出口管道組成。

對(duì)流動(dòng)區(qū)域模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用ICEMCFD將流動(dòng)區(qū)域劃分為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，由于球閥閥芯是湍流的起點(diǎn)，在閥門

由關(guān)閉到開啟的過程中一直保持較高的流速，紊流現(xiàn)象比較嚴(yán)重，需要對(duì)閥芯的網(wǎng)格進(jìn)行加密處理，以提高閥芯處流

場(chǎng)的模擬精度,定義全局網(wǎng)格參數(shù)為0.8，生成圖3的以四而體為主的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，經(jīng)過多次試算表明，網(wǎng)格數(shù)量80萬

時(shí)所得結(jié)果與網(wǎng)格數(shù)量50萬的結(jié)果相差不大，為了節(jié)省計(jì)算用時(shí)，本文采用網(wǎng)格數(shù)量為50萬的模型進(jìn)行后續(xù)分析。

球閥的開度工況為10%，20%，30%，400%,50%，60%，70%，80%，90%和100%.為了了解石油在管道輸運(yùn)中的

流動(dòng)結(jié)構(gòu)，本文選擇與石油的物性相似的兩種油(礦物油、白油)，同時(shí)選擇水作為對(duì)比，故計(jì)算中選擇了3種流體，各

流體的物性參教見表1.每種流體均對(duì)10%~100%的10個(gè)開度進(jìn)行計(jì)算仿真,設(shè)定的邊界條件為:入口為速度入口，設(shè)定

流體的入口速度為3 m/s;出口采用壓力出口，其余均為壁而.由于雷諾數(shù)超過臨界值，流動(dòng)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生湍流，因而對(duì)該

又域采用標(biāo)準(zhǔn)K-s湍流模型,采用CFD軟件Fluent 16求解流動(dòng)控制方程，求解方法為SIMPLE算法，各項(xiàng)的離散格式全

部為二階迎風(fēng)格式，雙精度求解。