通海閥內(nèi)流場的三維數(shù)值模擬

1、通海閥內(nèi)流場的三維數(shù)值模擬江山，張京偉吳崇健，許清，彭文波摘要：以通海閥為研究對(duì)象，采用Fluent軟件對(duì)通海閥在不同的開口度和流量下的內(nèi)流場進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，給出通海閥閥腔內(nèi)的速度場和壓力場圖。根據(jù)該可視化結(jié)果分析影響通海閥性能和產(chǎn)生噪聲的原因，為通海閥的內(nèi)流道優(yōu)化提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：通海閥；RNGκε湍流模型；Fluent軟件；流場可視化ThreeDimensionalNumericalSimulationofTheFlowFi

2、eldInsideHullValveJiangShanZhangJingwei，PengWenbo(ChinaShipDevelopmentDesignCenterwuhan430064China)Abstract：Theresearchisfocusedonthreedimensionalsimulationofthehullvalve.TheFluentsoftwarehasbeenappliedtosimulatetheflowf

3、ieldinsidehullvalveattheconditionsofdifferentopeningsdifferentflux.thepressuredistributionvelocitydistributionobtainedthroughcalculation.Wesearchthereasonwhichaffectthecapabilityleadthenoiseofhullvalvebaseonthevisualresu

4、ltofsimulation.Theresearchresultprovidetheeticsfoptimizingtheflowfieldinsidehullvale.Keywds：hullvalve；RNGkεturbulentmodelFluentsoftware；flowvisualization1引言通海閥是船舶內(nèi)部管路系統(tǒng)與外界連接的重要裝置，主要用于各管路海水注入和排出的控制和調(diào)節(jié)，因此其性能的好壞直接影響著全船各個(gè)系統(tǒng)乃

5、至整個(gè)船舶的性能。過去受研究手段的限制，對(duì)通海閥的研究人們主要采用實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)它的外部特性，如進(jìn)出口壓力差、流量系數(shù)等，進(jìn)行測試和分析，而對(duì)流體在通海閥內(nèi)部的流動(dòng)情況則很難知曉，認(rèn)識(shí)不足。近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展，應(yīng)用CFD方法，對(duì)各種閥內(nèi)部的流場進(jìn)行仿真計(jì)算和可視化分析，成為流體機(jī)械領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，其研究工作對(duì)閥門的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)和流道優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)際意義。近年來國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用CFD方法對(duì)液壓錐閥內(nèi)部流道內(nèi)

6、的流動(dòng)情況進(jìn)行了許多研究，國內(nèi)文獻(xiàn)[1，2]用有限元方法，建立了二維模型，對(duì)錐閥內(nèi)流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，并用DPIV流場試驗(yàn)可視化技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)可視化研究。文獻(xiàn)[3]分別對(duì)簡化為軸對(duì)稱的二維流場模型和不經(jīng)過任何簡化和近似處理的三維面對(duì)稱流場模型兩種情況，應(yīng)用CFD分析軟件Fluent，進(jìn)行了仿真計(jì)算和可視化研究，給出了錐閥閥腔內(nèi)的速度場、壓力場和流線圖。對(duì)比分析表明，采用基于三維流場的可視化分析，可更清楚全面地反映錐閥內(nèi)部的復(fù)雜流動(dòng)情況。

7、國外，KIto[4]等用有限差分法對(duì)液壓錐閥層流流場進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)[5]對(duì)水壓錐閥內(nèi)部的流場進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。（4）湍動(dòng)能κ的輸運(yùn)方程為:()()()ikeffkijjkkkuuGtxxx?????????????????（5）湍流耗散率ε的輸運(yùn)方程：212()()()ieffkijjuuCGCRtxxxkk??????????????????????????、分別表示κ方程和ε方程的湍流Prtl數(shù)，代表由平均速度梯度引起的k???kG

8、湍動(dòng)能生成項(xiàng)，在ε方程中，為ε方程中的附加源項(xiàng)，代表平均應(yīng)變率對(duì)ε的影響，R?的表達(dá)式為：R?320312(1)1(2)1=()2iuijijjijjiCRkSkSSSuuSxx????????????????????0u124.380.012C0.0845C1.42C1.680.7194k??????????上述方程的模型參數(shù)為：＝，＝，＝，＝，其中是無量綱應(yīng)變或者湍流時(shí)間與應(yīng)變尺度的比值，代表平均應(yīng)變率對(duì)ε的影響。RNGκε湍流模型

9、既適應(yīng)高雷諾數(shù)情況，也適應(yīng)低雷諾數(shù)下的湍流流動(dòng)，即提供了一個(gè)微分形式的有效粘性系數(shù)表示式，來說明低雷諾數(shù)流動(dòng)效應(yīng).此外，對(duì)于湍流Prtl數(shù)，RNGκε湍流模式提供了一個(gè)解析式，而標(biāo)準(zhǔn)κε湍流模式使用了經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。3數(shù)值計(jì)算3.13.1網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分為了保證通海閥進(jìn)、出口的邊界條件符合實(shí)際，在計(jì)算過程中分別對(duì)通海閥的進(jìn)、出口添加了等同直徑的管道，管道長度為1000mm，以保證進(jìn)口流動(dòng)穩(wěn)定，出口無回流產(chǎn)生。由于通海閥全流道的三維實(shí)體模型較為