CN111832130A - 一种基于fluent软件确定混水阀开度的方法 - Google Patents

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郑伟呈
屠珊
周延
车少敏
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Abstract

本发明公开了一种基于FLUENT软件确定混水阀开度的方法，建立混水阀的几何模型，通过FLUENT软件对混水阀内工质流场特性进行数值模拟，根据不同水压的情况，设置不同的边界条件，确定不同压力下，混水阀出水达到适宜温度时的阀门开度。本发明提供的方法可以在安装混水阀之前就固定混水阀开度，避免了反复调节开度的问题，避免了过冷或者过热情况的发生，提升安全性。

Description

一种基于FLUENT软件确定混水阀开度的方法
技术领域
本发明涉及混水阀开度计算技术领域，特别是涉及一种基于FLUENT软件确定混水阀开度的方法。
背景技术
现在卫浴产品中所使用的冷热水混合水龙头，通常设置有混水阀，混水阀连接冷水管和热水管，热水管和冷水管处进口压力的变化会影响混水阀内冷热水的混合效果，冷热水供水压力波动直接影响混合后的温度。在保证冷水和热水的压力保持相对稳定的情况下，即使冷热水压力不同，也不影响混合后的水温。混水阀上设置有调温开关(例如，用于调节温度的手柄、用于调节温度的旋钮)，可以通过调温开关来调节混水阀的开度，来达到适宜温度。然而，在实际使用中，由于冷热水管口的压力大小不同(例如楼房中不同楼层的水压不同)混水阀的开度往往需要反复多次调节，以使混水阀出水的温度到达适宜温度。调节过程中就可能出现水温过冷或者水温过热的情况，影响正常使用，甚至会对使用者造成伤害。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于FLUENT软件确定混水阀开度的方法，避免了反复调节开度的问题，避免了过冷或者过热情况的发生，提升了安全性。
为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种基于FLUENT软件确定混水阀开度的方法，建立混水阀的几何模型，通过FLUENT软件对混水阀内工质流场特性进行数值模拟，根据不同水压的情况，设置不同的边界条件，确定不同压力下，混水阀出水达到适宜温度时的阀门开度。
本发明的具体步骤为：
步骤一、建立混水阀模型：确定混水阀的尺寸大小和混水阀的内部结构，使用三维机械设计软件SOLIDWORKS，建立不同开度下的混水阀等尺寸实体几何模型；
步骤二、对不同开度下的混水阀等尺寸实体几何模型进行分析，确定冷热水流动的区域，对不同开度下的混水阀等尺寸实体几何模型划分网格；
步骤三、应用计算流体力学软件FLUENT进行模拟，模拟不同冷热水进口压力条件下，混水阀等尺寸实体几何模型出口温度随阀门开度的变化规律；
步骤四、根据模拟所得数据，得到不同用水需求下对应的阀门开度，进而在实际使用中提前确定混水阀出口水温到达适宜温度时混水阀的开度。
优选地，步骤二中，通过ICEM软件对步骤一得到的混水阀等尺寸实体几何模型划分网格。
优选地，步骤二中，对混水阀等尺寸实体几何模型划分网格时，以结构化网格为主。
优选地，步骤三中，应用计算流体力学软件FLUENT进行模拟的具体方法为：将步骤二划分网格输出的网格文件导入到FLUENT软件中，选择标准k-ε模型作为湍流模型；设置边界条件：冷、热水入口均设为压力入口边界条件，出口设为压力出口边界条件，壁面设置为绝热无滑移壁面；其中标准k-ε模型如式(1)和式(2)所示：
Figure BDA0002565525680000031
Figure BDA0002565525680000032
式(1)和式(2)中，t是时间，ρ是密度，k是湍动能，ε是耗散率，Gk是由于平均速度梯度引起的湍动能k的产生项，Gb是由于浮力引起的湍动能k的产生项，μt是湍流动力粘度，μ是层流动力粘度，YM代表可压湍流中脉动扩张的贡献，C1ε、C2ε、C3ε为经验常数，σk和σε分别是湍动能k与耗散率ε对应的普朗特数。
本发明所具有的优点：
1)本发明采用FLUENT软件进行数值模拟，分析了不同冷热水压力下，混水阀出口达到适宜温度时，混水阀开度的大小。可以在安装混水阀之前就固定混水阀开度，避免了反复调节开度的问题，避免了过冷或者过热情况的发生，提升了安全性。
2)本发明对其他阀门以及相关流体机械的数值计算也具有参考价值。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本实施方式的基于FLUENT软件确定混水阀开度的方法，所述的方法通过以下步骤实现：
步骤一、建立混水阀模型：确定混水阀的尺寸大小和混水阀的内部结构，使用三维机械设计软件SOLIDWORKS，建立不同开度情况下的混水阀等尺寸实体几何模型；
步骤二、对不同开度下的混水阀等尺寸实体几何模型进行分析，确定冷热水流动的区域，使用ICEM软件对不同开度下的混水阀等尺寸实体几何模型划分网格，划分网格时，以结构化网格为主；
步骤三、将步骤二中划分网格得到的网格文件导入到FLUENT软件中，选择标准k-ε模型作为湍流模型；设置边界条件：冷、热水入口均设为压力入口边界条件，出口设为压力出口边界条件，壁面设置为绝热无滑移壁面。模拟不同冷热水进口压力条件下，混水阀等尺寸实体几何模型出口温度随阀门开度的变化规律；
步骤四、根据模拟所得数据，得到不同用水需求下对应的合适阀门开度，进而可以在实际使用中提前确定混水阀出口水温到达适宜温度时混水阀的开度。

Claims (4)

1.一种基于FLUENT软件确定混水阀开度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、建立混水阀模型：确定混水阀的尺寸大小和混水阀的内部结构，使用三维机械设计软件SOLIDWORKS，建立不同开度下的混水阀等尺寸实体几何模型；
步骤二、对不同开度下的混水阀等尺寸实体几何模型进行分析，确定冷热水流动的区域，对不同开度下的混水阀等尺寸实体几何模型划分网格；
步骤三、应用计算流体力学软件FLUENT进行模拟，模拟不同冷热水进口压力条件下，混水阀等尺寸实体几何模型出口温度随阀门开度的变化规律；
步骤四、根据模拟所得数据，得到不同用水需求下对应的阀门开度，进而在实际使用中提前确定混水阀出口水温到达适宜温度时混水阀的开度。
2.如权利要求1所述的一种基于FLUENT软件确定混水阀开度的方法，其特征在于，步骤二中，通过ICEM软件对步骤一得到的混水阀等尺寸实体几何模型划分网格。
3.如权利要求1所述的一种基于FLUENT软件确定混水阀开度的方法，其特征在于，步骤二中，对混水阀等尺寸实体几何模型划分网格时，以结构化网格为主。
4.如权利要求1所述的一种基于FLUENT软件确定混水阀开度的方法，其特征在于，步骤三中，应用计算流体力学软件FLUENT进行模拟的具体方法为：将步骤二划分网格输出的网格文件导入到FLUENT软件中，选择标准k-ε模型作为湍流模型；设置边界条件：冷、热水入口均设为压力入口边界条件，出口设为压力出口边界条件，壁面设置为绝热无滑移壁面；其中标准k-ε模型如式(1)和式(2)所示：
Figure FDA0002565525670000021
Figure FDA0002565525670000022
式(1)和式(2)中，t是时间，ρ是密度，k是湍动能，ε是耗散率，Gk是由于平均速度梯度引起的湍动能k的产生项，Gb是由于浮力引起的湍动能k的产生项，μt是湍流动力粘度，μ是层流动力粘度，YM代表可压湍流中脉动扩张的贡献，C1ε、C2ε、C3ε为经验常数，σk和σε分别是湍动能k与耗散率ε对应的普朗特数。
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Citations (3)

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CN106875488A (zh) * 2017-01-12 2017-06-20 西安电子科技大学 一种反射面天线面板风压系数数值模拟方法
CN110489777A (zh) * 2019-07-02 2019-11-22 哈尔滨理工大学 一种阵列孔电火花超声复合加工流场仿真方法
CN111125966A (zh) * 2019-11-15 2020-05-08 广东电网有限责任公司 一种储气罐三维数值模拟方法

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Non-Patent Citations (2)

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Title
吴方义等: "基于Fluent软件的恒温出水混水阀模拟", 《过程工程学报》 *
文媛媛: "基于FLUENT的混合器内部流场数值模拟", 《过滤与分离》 *

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