Численный расчет пропускной способности клапана

О проекте

  • Численный расчет пропускной способности клапана
  • АО «НПО «Импульс»
  • Приборостроение
  • 2016 год

Численный расчет пропускной способности клапана

Научно-производственное объединение «Импульс» – это Акционерное Общество с вышестоящей организацией в лице АО «Российская Электроника». Предприятием создано несколько поколений автоматизированных систем управления и информационно-вычислительных территориально-распределенных систем, обеспечивающих надежное управление объектами Заказчика. Основная продукция предприятия – Гособоронзаказ. Структура АО «НПО «Импульс» включает опытно-конструкторское бюро (ОКБ), опытный завод (ОЗ) и филиал в Москве. АО «НПО «Импульс» является одной из основных организаций Российской Федерации по созданию новейших автоматизированных систем управления (АСУ) для ВС РФ и РВСН.

По заказу «НПО «Импульс» эксперты «МЦД» провели CFD-моделирование регулирующего клапана с целью определения его гидродинамических характеристик: определения коэффициентов сопротивления клапана на разном угле поворота регулирующего элемента и пропускной характеристики.

Для выполнения поставленной цели были выполнены следующие задачи:

  • Подготовка твердотельных геометрических моделей и построениерасчетной области течения;
  • Построение расчётной сетки;
  • Постановка задачи. Определение настроек разностной схемы и решателя, обеспечивающих устойчивую сходимость задачи и получение корректных результатов;
  • Проведение гидродинамических расчётов для пяти положений регулирующего элемента.

Одним из способов определения пропускной характеристики клапана является проведение гидродинамических расчётов методами вычислительной гидрогазодинамики. В данном случае определение пропускной характеристики выполнялось с помощью программного модуля Ansys Fluent, позволяющего получить пространственную картину течения воды внутри испытуемой арматуры и определить её интегральные характеристики.

Обработка геометрических моделей выполнялась в программном модуле Ansys SpaceClaim Direct Modeler, сеточных моделей – в модуле Fluent Meshing.

На основании геометрических моделей регулирующего клапана была определена и достроена область течения внутри клапана и на участках трубопровода до и после него.

Построение расчётной сетки

Расчетная область течения была разбита на конечно-объёмную расчётную сетку. Сетка – гибридная, состоящая из многоугольников и гексаэдров во внутренних областях течения и 10 призматических слоев в пристеночной области течения (метод построения Poly-Hexcore Mesh).

Общий вид конечно-объёмной расчётной сетки
Рисунок 1. Общий вид конечно-объёмной расчётной сетки

Постановка задачи

На входной границе расчётной области (Inlet) было задано условие постоянной скорости (Velocity Inlet). На выходной границе (Outlet) – условие постоянного статического давления (Static Pressure). На поверхностях корпуса клапана, регулирующего элемента и трубы определено условие стенки (Wall). Для стенок реализованы условия прилипания и не протекания.

Расчет проводился в стационарной постановке (Steady-State). Для моделирования турбулентности использовалась модель k-ɛ. В расчёте использовалась схема решателя Pressure-Based Coupled. При расчётах использовалась расширенная пристеночная функция (Enhanced Wall Treatment), позволяющая с высокой точностью определить характер течения вблизи стенки, моделировать потоки с интенсивным перемешиванием и резкими локальными изменениями скорости.

Для решения задач до выхода их на режим установления требуется около 2000-4000 итераций. Сходимость задачи оценивается с помощью мониторинга локальных и интегральных параметров в процессе счета. Так, например, в процессе счета отслеживались значения статического давления на расстоянии 1,5·Dn от входного патрубка испытуемой арматуры и 5·Dn от выходного патрубка испытуемой арматуры.

Результаты расчётов

Обработка и анализ результатов численного моделирования производились в модуле Ansys Fluent и Ansys CFD-POST.
В результате расчётов были получены значения коэффициентов гидравлического сопротивления для пяти положений регулирующего элемента испытуемой арматуры (ИА).

На основании полученных значений гидравлического сопротивления была определена пропускная способность клапана в зависимости от хода регулирующего элемента. На основании значений коэффициентов составлена пропускная характеристика арматуры.

Также были определены линии тока для полностью открытого положения регулирующего элемента, построенные от входной границы расчётной области и позволяющие определить пространственную картину течения рабочей среды (образование застойных зон, зоны отрыва и присоединения потока).

Линии тока, построенные от входной границы расчётной области в медианной плоскости
Рисунок 2. Линии тока, построенные от входной границы расчётной области в медианной плоскости
Линии тока, построенные от входной границы расчётной области в 3D
Рисунок 3. Линии тока, построенные от входной границы расчётной области в 3D

Есть подобная задача? Звони!

Позвоните нам

+7 (495) 644-06-08

Напишите нам

info@digitaltwin.ru

Часы работы

Пн-Пт 9:00 – 18:00

Другие проекты

Отправить сообщение

    Свяжитесь с нами

    Позвоните нам

    +7 (495) 644-06-08

    Напишите нам

    info@digitaltwin.ru

    Часы работы

    Пн-Пт 9:00 – 18:00