[发明专利]一种基于CFD仿真的阀门流量系数便捷计算方法

权利要求书

1.一种基于CFD仿真的阀门流量系数便捷计算方法，其特征在于，运用线性拟合方法根据上游管道流场数据拟合出“全长度管道压差”，与带阀门的整体流场模型的总压差求差值得到阀门压差，只需一次建模求出流量系数，减少计算工作量和上游管道不够长对结果的不良影响，提高仿真精度，包括以下步骤：

（1）基于阀门装配体三维模型，抽取上游管道、阀门、下游管道的流场模型，上游部分管道长度为实验方法中管道公称直径的15~45倍；

（2）对流场模型进行网格划分，考虑工况要求的流动边界条件，结合多次网格自适应操作，得到一组再优化网格；

（3）使用步骤（2）中的再优化网格，设置边界条件，进行仿真计算，仿真计算的壁面设置为无滑移壁面，近壁面则设置为标准壁面函数方法，湍流模型设置为标准k-ε湍流模型，求解器设置为基于压力的稳态求解器，并采用SIMPLE算法对流场进行数值求解；

（4）在步骤（3）中所得的仿真计算结果中选取上游管道流场不同横截面，选取的最靠近阀门的横截面应该与阀门保持2倍公称直径的距离，且选取的横截面数目应该大于6个，按照到入口处轴向距离由近到远，依次标记为i=1,2,...,n，根据不同横截面上的平均压力值，建立轴向压力分布图；

（5）根据轴向压力分布图的数据点分布，使用线性拟合得到一组“仅有全长度管道”的假设情况下的进出口压差，即“全长度管道压差”，采用的线性拟合的公式为，

式中，x_i为第i个横截面到入口的轴向距离，a、b为系数，P_i为第i个横截面上的平均压力值（单位：kpa），ε为残差值；其中，获取所述系数a、b所采用的公式为：

式中，x为所有选取的横截面到入口的轴向距离的算术平均值，p为所有选取横截面平均压力值的算术平均值（单位：kpa）；残差值ε在根据已知数据点确定了拟合曲线后不再代入拟合部分的压力值中，而仅作为计算误差；对于精度要求高的仿真设计，可以增加选取的横截面数目，有助于提高精度，残差值的大小取决于已知点与拟合直线的最小平方差，控制公式为：

（6）从步骤（3）中仿真计算结果提取整体流场的进出口总压差，与步骤（5）得到的“全长度管道压差”相减计算出阀门压差，计算阀门压差P_f所采用的公式为，

式中，P_o为对阀门装配体的整体流场模型仿真得到的进出口总压差（单位：kpa），∆P为线性拟合计算出的“全长度管道”的进出口压差（单位：kpa）；

（7）根据步骤（6）输出的阀门压差，计算流量系数所采用的公式为，

式中，Q为流量（单位：m³/h），P_f为阀门压差（单位：kpa），G是工作流体的比重。