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SOLIDWORKS Flow simulation 在阀门行业的应用

日期：2023-05-29 11:51:14 发布者: ict-Dylan 浏览次数：次

本文即采用SOLIDWORKS flow simulation 工具来对阀门进行流体仿真分析，得出一些压力、速度、CV值、流动轨迹等相应参数。以下是阀门在SOLIDWORKS flow simulation中的流体分析的全过程。

1.引言

阀门作为管路系统中的重要控制元件，主要用来接通、切断管路中介质的流动，由于阀门本身内部结构的不同，在阀门的启闭过程中极易在下游产生漩涡、二次流、空化等复杂流动状态，这些复杂流动状态的产生和发展最终会导致阀门的运行故障，因此阀门的设计研发在整个过程中起到了至关重要的作用。
传统的阀门设计研发基本靠经验来支撑，缺少实际的数据依据，只是在原有的产品上修修改改，无法观察其内部流动过程，设计出来的阀门也无法事先验证其可靠性，压力试验、流量试验、流阻试验等耗费企业大量的试验成本和时间，而使用虚拟仿真模拟即可完美解决这些问题，本文即采用SOLIDWORKS flow simulation 工具来对阀门进行流体仿真分析，得出一些压力、速度、CV值、流动轨迹等相应参数。以下是阀门在SOLIDWORKS flow simulation中的流体分析的全过程。
基于阀门行业传统的流体仿真流程如下：
模型导入→ 项目创建→边界条件→目标设定→网格划分→运行计算→结果后处理

2.模型导入

首先将模拟的三维模型在SOLIDWORKS中打开，对于阀门内部分析，则需要在分析前将开口区域变成封闭的空间，这里采用Flow simulation自带创建封盖的命令，快速创建封盖，选择进出口的圆面，即可将计算区域变为封闭的空间。如图2.1

图2.1

3.项目创建

在每一个流体分析开始前，都需要在向导中进行常规条件的设置，如常规单位、分析类型、初始条件等，点击工具栏中的Flow simulation ,选择向导命令，进行新项目创建。

3.1名称创建

根据分析模型任意创建项目名称，方便保存和后续的查找，如图3.1.1。

图3.1.1

3.2单位系统设置

Flow simulation 单位系统的设置一般是默认，也可根据实际输入用到的参数做修改，如温度、压力、流量
如图3.2.1。

图3.2.1

3.3分析类型的选择

SOLIDWORKS Flow simulation 分析类型根据流动介质是否有流动边界作选择，内部流动分析涉及以固体外表面为边界的流动，如管道、管件内等，外部流动分析不涉及以固体外表面为边界，如汽车、飞机周围的空气流动，对阀门分析来说，属于内部分析，如图3.3.1。

图3.3.1

3.4默认流体的选择

根据实际流体的介质进行选择，SOLIDWORKS Flow simulation 提供了常见的气体、液体、及非牛顿流体和可压缩液体介质，也可新建自定义自己的材料，此分析流体介质选择空气，双击即可，如图3.4.1。

图3.4.1

3.5壁面条件

在Flow simulation 壁面条件选项卡上，可以指定默认应用于所有模型壁面的条件，也可依据实际的壁面条件作定义，如壁面温度、热换量，此分析默认壁面热条件，如图3.5.1。

图3.5.1

3.6初始条件

初始条件选项卡中，可定义初始的压力、温度或速度，此分析中采用默认的大气压和室温即可，如下图3.6.1。

图3.6.1

4.边界条件设置

Flow simulation 边界条件中主要设置进出口的实际流动参数，如进出口体积流量、质量流量、速度或进出口的压力等参数，此分析指定进出口的压力。

4.1入口压力设定

点击Flow simulation 软件压力开口，选择静压，这里的压力值输入的是绝对压力，相对于压强为0的压强值，选择入口表面，压力输入2bar，即可完成对入口压力工况的设定，如图4.1.1。

图4.1.1

4.2出口压力设定

同理，选择静压，点击出口表面，输入压力值1bar

5.目标设定

目标的设定是定义分析结果要得到的参数值，如常用的压力、速度、流量等，可通过结果后处理进行查看这些目标。

5.1全局目标

SOLIDWORKS Flow simulation 全局目标是整个计算域内计算的物理参数，里面包含了常规的压力、速度、温度、密度、体积流量等大量参数供勾选，右击目标，选择全局目标，此分析勾选相应的参数值，静压、总压、速度，如图5.1.1。

图5.1.1

5.2表面目标

表面目标是对所选表面进行计算的物理参数，通常指定进出口面的一些流动参数，此分析中要得到体积流量，为计算阀门CV值提供参数，选择入口表面，勾选体积流量，如图5.2.1。

图5.2.1

5.3方程式目标

方程式目标用于指定由方程（基本数学函数）定义的目标，通常是定义全局目标中没有的参数，需要构建方程式来得到想要的目标值

图5.3.1

6.网格

在SOLIDWORKS flow simulation中网格的设置可采用自动或手动方式，根据模型的复杂程度和构造来选择，对于阀门来说，可选择自动方式，自动划分方式比较简单，只需要调节初始网格的级别即可，级别越高，网格越精细，同时网格数量也越多，计算量越大，此分析选择4级，也可根据分析结果判断，后续进一步调整网格级别的大小，如图6.1。