【技术实现步骤摘要】
用于运动锥形阀芯小间隙二维流场计算的动网格更新方法
本专利技术属于计算流体动力学
,尤其是涉及一种用于锥形阀芯减压阀流场计算的动网格更新方法。
技术介绍
减压阀利用流体通过狭窄截面时产生的节流效应进行减压,通过阀体内阀芯的开度来调节流体的流量和压力,在能源、化工、机械等领域有广泛的使用。尤其是随着氢能等清洁能源的大规模推广,为了提升单位体积下的储能密度,气体的储存压力也越来越高,对减压阀的性能也提出了更为严格的要求。锥形阀芯是常用的减压阀阀芯形式,阀芯固定在弹簧上,当高压气体加载到阀芯上时,阀芯在气体压力的推动下离开阀体壁面,并形成狭窄的间隙,高压气体通过间隙时产生节流效应,导致压力降低,温度增加。由于阀芯同时受到气体压力和弹簧力的作用,根据牛顿力学定律,阀芯会发生振动,进而导致气体流量和压力的波动,这在实际的服役环境中会影响能源的利用效率,甚至导致泄露、爆炸等更为严重的后果。对减压阀内部流场的研究有助于探究减压阀的减压规律,控制阀芯的振动和流场状态,因此具有重要意义。计算流体力学方法是研究减压阀内部的流场的重要手段。一般采用有限体积法将流体域划分成很多的离散单元,称之为网格。网格可分为结构化网格和非结构化网格,采用结构化网格可以节省计算资源,提高计算效率和精度。由于阀芯的运动是影响流场状态的关键因素,因此在计算时必须要考虑在内,而阀芯运动时意味着流场的边界发生了改变,原有的结构化网格就必须进行更新。本方法尤其适用于高压差小流量的减压阀,这类减压阀在稳态下,锥形阀芯与阀体之间的间隙很小, ...
【技术保护点】
1.一种用于运动锥形阀芯小间隙二维流场计算的动网格更新方法,所述锥形阀芯位于减压阀中,其特征在于,包括:/nS1:将待模拟的三维锥形阀芯前后流道简化为轴对称的二维模型,并对二维模型进行结构化网格划分;/nS2:用FLUENT软件建立锥形阀芯前后流道的流场瞬态计算模型,阀芯在流体力、摩擦力、弹簧弹力和重力的作用下会沿着轴线方向作直线运动;/nS3:根据动力学理论,建立阀芯的运动方程;/nS4:在FLUENT软件中进行二维瞬态流场计算,计算当前时间步中作用在阀芯两端的流体力;/nS5:在流场下一时间步的瞬态流场计算开始前,在UDF中利用计算得到的作用在阀芯两端的流体力,再根据阀芯的运动方程,计算阀芯在当前时间步中发生的振动位移;/nS6:根据S5中的振动位移计算结果,按照给定的方法,计算每个网格节点的移动距离,并更新阀芯整个流道的流体域中相关网格节点的坐标值,并以更新后的流体域网格为基础进行下一时间步的瞬态流场计算。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于运动锥形阀芯小间隙二维流场计算的动网格更新方法,所述锥形阀芯位于减压阀中,其特征在于,包括:
S1:将待模拟的三维锥形阀芯前后流道简化为轴对称的二维模型,并对二维模型进行结构化网格划分;
S2:用FLUENT软件建立锥形阀芯前后流道的流场瞬态计算模型,阀芯在流体力、摩擦力、弹簧弹力和重力的作用下会沿着轴线方向作直线运动;
S3:根据动力学理论,建立阀芯的运动方程;
S4:在FLUENT软件中进行二维瞬态流场计算,计算当前时间步中作用在阀芯两端的流体力;
S5:在流场下一时间步的瞬态流场计算开始前,在UDF中利用计算得到的作用在阀芯两端的流体力,再根据阀芯的运动方程,计算阀芯在当前时间步中发生的振动位移;
S6:根据S5中的振动位移计算结果,按照给定的方法,计算每个网格节点的移动距离,并更新阀芯整个流道的流体域中相关网格节点的坐标值,并以更新后的流体域网格为基础进行下一时间步的瞬态流场计算。
2.根据权利要求1所述的用于运动锥形阀芯小间隙二维流场计算的动网格更新方法,其特征在于,步骤S1中,二维模型的整个流道流体域的网格划分均采用四边形结构化网格,划分步骤为:
S11:在二维模型中,将整个流道的流体域划分为入口直管道区、出口直管道区、间隙区、入口过渡区和出口过渡区5个子流体域;其中入口直管道区、出口直管道区、间隙区的子流体域均为矩形,而入口过渡区和出口过渡区的子流体域均为截角三角形;
S12:以间隙区子流体域作为基础块,然后将该基础块中与阀芯边界平行的一组对边分别向两个过渡区进行延伸,直至达到两个过渡区的子流体域边界,将每个过渡区分别划分为两个块;
S13:然后再以所述对边与每个过渡区流体域边界的两个交点为起点,分别沿垂直于该起点所在的直管道区子流体域边界的方向继续延伸,直至达到直管道区另一侧的子流体域边界,将入口直管道区划分为两个块,而出口直管道区划分为三个块;
S14:再将每个过渡区中的三角形块进行Y型2D块切分,然后以切分后新生成的且不位于整个流道的流体域边界上的每个顶点为起点,分别沿垂直于该起点所在的块边界的方向继续延伸,所述块边界不包含Y型2D块切分过程中新产生的三条分割线,直至达到整个流道的流体域边界,完成整个流道的流体域中块的划分;
S15:根据整个流道的流体域中划分的所有块,对每个区域进行网格划分,其中间隙区的网格节点进行网格加密处理,形成加密网格,同时两个过渡区和两个直管道区中也对应形成加密网格;间隙区的网格节点在垂直边界线和沿边界线两个方向上均保持等距离分布。
3.根据权利要求1所述的用于运动锥形阀芯小间隙二维流场计算的动网格更新方法,其特征在于,步骤S1中用ICEM软件对二维模型进行结构化网格划分。
4.根据权利要求1所述的用于运动锥...
【专利技术属性】
技术研发人员:张志新,王春鹏,吴价,李纯杰,王超,毛炜炜,郑水英,赵永志,
申请(专利权)人:浙江大学,
类型:发明
国别省市:浙江;33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。