[发明专利]一种基于CFD仿真的阀门流量系数便捷计算方法

说明书

本发明公开了一种阀门流量系数便捷计算方法，具体表现为运用CFD仿真方法结合线性拟合方法对阀门流量系数进行简便计算。主要步骤包括：基于阀门装配体三维模型，建立上游管道、阀门、下游管道的流场模型；对流场模型划分网格并优化模型网格；应用再优化网格设置边界条件进行仿真计算；对上游管道截取多个横截面采集平均压力值；根据轴向压力分布图确定线性拟合阶数，进行线性拟合；结合仿真计算结果中得到的带阀门管道的的总压差；使用阀门压差计算出阀门流量系数。相比于现有CFD仿真方法，本发明只需要一次建模就能计算出阀门流量系数，能极大简化计算步骤，降低计算量，准确预测各种类型阀门的流量系数，具有广阔的应用前景。

所属技术领域

本发明属于阀门流通能力计算领域，具体涉及一种运用CFD仿真方法结合线性拟合方法对阀门流量系数进行计算的便捷方法。

背景技术

流量系数是与阀门能效相关的重要性能指标，评估阀门流量系数的有效方法对于阀门行业是极其重要的。当前，阀流量系数的评估通常通过理论估计或实验测量来进行。理论估计不能反映详细的阀门结构的影响，因此通常会导致计算精度下降。实验测量需要的时间和设备成本太高。特别是对于一些阀，其涉及特殊的尺寸或结构，难以通过实验测量它们的流量系数。此外，实验方法只能提供在几个预设位置数据限定，阀结构之间的相互作用和流动特性仍然未被研究透彻，因此很难根据实验结果来优化阀的设计。

随着计算流体动力学的最新发展，可以模拟和可视化复杂的流场，帮助设计人员了解流场的更多细节。因此，基于CFD的数值仿真可以作为评估阀性能的实验方法的有效替代方法。

目前已有的用于评估阀流量系数的CFD方法局限性如下：

1、CFD模型主要是凭经验建立的，对于上游管道不够长的情况，流体在进入阀门部分之前，模拟流量可能无法完全展开，这违反了流量系数计算的基本要求，因此可能会导致重大错误；2、已有的计算阀门流量系数的CFD方法需要分别建立“全长度管道”模型和“管道-阀门”模型来对比求得阀门压差，计算量大，时间成本和设备成本高。

本发明提出了一种新的CFD模拟方法，运用线性拟合方法实现对阀流量系数的简单而准确的评估。这种CFD方法可以广泛地应用于阀门工业中，在确保精度的同时对设备成本和时间成本的要求低，算法更简便，在降低操作难度的同时可以确保操作者之间的计算一致性。

经检索，目前有关应用CFD仿真方法计算阀门流量系数的专利有CN201610005031.5，但是这篇专利主要依靠经验公式，需要对不同边界条件下的“阀门-管道”流场模型和对应“直管道”模型进行多组仿真运算，最后取流量系数平均值，这种方法建立的模型太多，对计算资源要求极高，况且也未考虑到CFD模型中的上游部分不够长，在进入阀部分之前，模拟流量无法完全展开的情况，有可能造成严重的计算错误。

发明内容

本发明的目的在于克服运用实验方法计算阀门流量系数成本高、对阀门尺寸规格有限制以及现有CFD仿真方法主要是凭经验建立，受限于操作人员专业程度出现的模型过长计算周期长、模型过短计算结果误差大、需要多次建模计算量大等问题，提出了一种基于CFD仿真的阀门流量系数便捷计算方法。此方法可以在阀门设计阶段起到指导作用，提高效率，节约资源，提高仿真精度，降低了对操作人员专业程度的要求，可以广泛应用到工业界。

本发明具体实现步骤如下：

（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；