通海閥內流場的三維數(shù)值模擬

1、通海閥內流場的三維數(shù)值模擬江山，張京偉吳崇健，許清，彭文波摘要：以通海閥為研究對象，采用Fluent軟件對通海閥在不同的開口度和流量下的內流場進行數(shù)值計算，給出通海閥閥腔內的速度場和壓力場圖。根據(jù)該可視化結果分析影響通海閥性能和產生噪聲的原因，為通海閥的內流道優(yōu)化提供理論依據(jù)。關鍵詞關鍵詞：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節(jié)，因此其性能的好壞直接影響著全船各個系統(tǒng)乃

5、至整個船舶的性能。過去受研究手段的限制，對通海閥的研究人們主要采用實驗方法，對它的外部特性，如進出口壓力差、流量系數(shù)等，進行測試和分析，而對流體在通海閥內部的流動情況則很難知曉，認識不足。近年來隨著計算機技術和計算流體動力學理論的發(fā)展，應用CFD方法，對各種閥內部的流場進行仿真計算和可視化分析，成為流體機械領域新的研究熱點，其研究工作對閥門的結構參數(shù)設計和流道優(yōu)化設計具有重要的實際意義。近年來國內外學者應用CFD方法對液壓錐閥內部流道內

6、的流動情況進行了許多研究，國內文獻[1，2]用有限元方法，建立了二維模型，對錐閥內流場進行了數(shù)值模擬，并用DPIV流場試驗可視化技術進行了實驗可視化研究。文獻[3]分別對簡化為軸對稱的二維流場模型和不經過任何簡化和近似處理的三維面對稱流場模型兩種情況，應用CFD分析軟件Fluent，進行了仿真計算和可視化研究，給出了錐閥閥腔內的速度場、壓力場和流線圖。對比分析表明，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部的復雜流動情況。

7、國外，KIto[4]等用有限差分法對液壓錐閥層流流場進行了研究；文獻[5]對水壓錐閥內部的流場進行了實驗研究。（4）湍動能κ的輸運方程為:()()()ikeffkijjkkkuuGtxxx?????????????????（5）湍流耗散率ε的輸運方程：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、湍動能生成項，在ε方程中，為ε方程中的附加源項，代表平均應變率對ε的影響，R?的表達式為：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：＝，＝，＝，＝，其中是無量綱應變或者湍流時間與應變尺度的比值，代表平均應變率對ε的影響。RNGκε湍流模型

9、既適應高雷諾數(shù)情況，也適應低雷諾數(shù)下的湍流流動，即提供了一個微分形式的有效粘性系數(shù)表示式，來說明低雷諾數(shù)流動效應.此外，對于湍流Prtl數(shù)，RNGκε湍流模式提供了一個解析式，而標準κε湍流模式使用了經驗常數(shù)。3數(shù)值計算3.13.1網格劃分網格劃分為了保證通海閥進、出口的邊界條件符合實際，在計算過程中分別對通海閥的進、出口添加了等同直徑的管道，管道長度為1000mm，以保證進口流動穩(wěn)定，出口無回流產生。由于通海閥全流道的三維實體模型較為