CN116484769B - 一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及流体动力分析技术领域，公开了一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法及系统，基于预设的三维建模软件构建三维数值计算模型，根据结构化网格方式和非结构化网格方式进行网格划分，根据三维数值计算模型对超大口径轴流止回蝶阀进行数值模拟，确定若干个分析参数，根据分析参数对超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析，构建能量梯度K函数，基于能量梯度K函数对超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析，根据流动损失分析和流动稳定分析对超大口径轴流止回蝶阀进行流体动力分析，本发明可以对超大口径轴流止回蝶阀进行流体动力学分析，保证超大口径轴流止回蝶阀在运行过程中具备低流阻、高流通、低冲击的优异性能。
Description
技术领域
本发明涉及流体动力分析技术领域，特别是涉及一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法及系统。
背景技术
无论是石油化工领域的大型炼化一体化系统，还是航空航天领域的风洞系统，都是通过管道系统将液体或者气体介质输运到系统的各个工作环节。在管道输送系统的实际运行中，必须在泵、压缩机等动力输送设备的后面安装止回阀设备，用于系统中流体流量的调节和控制，同时也防止泵或压缩机突然停机状态下，输送管道中液体、气体瞬时回流对泵或压缩机造成冲击破坏。因此，止回阀是管道输送系统运行安全可靠的重要保障装备。目前，对于小口径的常规止回阀产品，我国基本上都已经国产化成功了。然而对于大口径甚至超大口径的止回蝶阀产品，目前还需要大量的进口，而这严重限制了我国流程工业特别是大型石化装备以及航发研发测试装备的自主可控。
当前的国内外研究人员采用流体动力学技术对大量流程阀门开展了研究，并获得了丰硕的研究成果，然而现有的研究都在理想流动条件下开展，同时目前研究的结果主要针对速度场、压力场等一次流场信息，而只有开展基于熵产、能量梯度等二次流场信息的研究，更准确判断止回阀内的流动损失结构和非稳定流动结构，才能精确地获得阀门的流体调控特性，进而开展高效的流体动力学设计。
发明内容
本发明实施例提供超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法及系统，用以解决现有技术中无法对超大口径轴流止回蝶阀进行流体动力学分析，无法实现低流阻、高流通、低冲击的流体动力设计的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法，所述方法包括：
基于预设的三维建模软件进行三维建模，构建三维数值计算模型，并根据结构化网格方式和非结构化网格方式进行网格划分；
根据所述三维数值计算模型对超大口径轴流止回蝶阀进行数值模拟，确定若干个分析参数，并根据所述分析参数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析；
构建能量梯度K函数，并基于所述能量梯度K函数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析；
根据所述流动损失分析和所述流动稳定分析对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流体动力分析。
在其中一个实施例中，在基于预设的三维建模软件进行三维建模，得到三维数值计算模型时，包括：
获取动态亚格子应力模型，并基于速度梯度非线性模式和螺旋度影响模式对所述动态亚格子应力模型进行修正，得到修正动态亚格子应力模型；
获取所述超大口径轴流止回蝶阀内流速的各向异性自变量；
根据所述流速的各向异性自变量构建所述超大口径轴流止回蝶阀的流场信息过滤器；
根据所述流场信息过滤器和所述修正动态亚格子应力模型在所述预设的三维建模软件进行三维建模，得到所述三维数值计算模型。
在其中一个实施例中，所述修正动态亚格子应力模型的形式如下：
其中，下标i，j，k分别代表空间中的x,y,z方向，τij为i方向和j方向之间的亚格子应力张量，C1、C2和C3为模式系数，Δ为滤波长度，为超大口径轴流止回蝶阀内部流体的应变大小张量，/>为超大口径轴流止回蝶阀内部流体在i方向和j方向之间的变形率张量，为k方向的滤波速度在i方向上的变化率，/>为超大口径轴流止回蝶阀内部流体的对称涡量梯度张量；
所述流场信息过滤器的形式如下：
a1＝Δx/Δz，a2＝Δy/Δz；
其中，Δeq 2＝Δ，α1和α2为超大口径轴流止回蝶阀内流速的各向异性自变量，为体现主、次流动在滤波尺度中的权重的当地速度矢量，Δx为x方向的滤波长度，Δy为y方向的滤波长度，Δz为z方向的滤波长度。
在其中一个实施例中，在根据所述分析参数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析时，包括：
获取预设时间内所述超大口径轴流止回蝶阀内部流体流动的时均速度分量和速度波动分量；
根据所述时均速度分量计算所述超大口径轴流止回蝶阀内部流体流动的时均速度特定熵产生率；
根据所述速度波动分量计算所述超大口径轴流止回蝶阀内部流体流动的速度波动特定熵产生率；
基于所述时均速度特定熵产生率和所述速度波动特定熵产生率计算所述超大口径轴流止回蝶阀内部流体流动的熵产生率；
根据所述熵产生率对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析。
在其中一个实施例中，在根据所述熵产生率对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析时，包括：
根据所述熵产生率确定熵产生率分布云图；
基于所述熵产生率分布云图确定高熵产生率位置和所述高熵产生率位置对应的湍流结构；
根据所述高熵产生率位置和所述高熵产生率位置对应的湍流结构对超大口径轴流止回蝶阀的内部进行流动损失分析。
在其中一个实施例中，根据下式计算所述时均速度特定熵产生率：
其中，为时均速度特定熵产生率，/>和/>为时均速度分量，μeff为介质的有效粘度，T为预设时间；
根据下式计算所述速度波动特定熵产生率：
其中，为速度波动特定熵产生率，/>和/>为速度波动分量。
在其中一个实施例中，在构建能量梯度K函数时，包括：
获取所述超大口径轴流止回蝶阀沿流线方向上机械能的梯度和机械能损失；
根据所述机械能的梯度和机械能损失构建能量梯度K函数。
在其中一个实施例中，根据下式构建能量梯度K函数：
其中，F为能量梯度K函数，ΔE为机械能的梯度，Δh为机械能损失。
在其中一个实施例中，在基于所述能量梯度K函数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析时，包括：
获取所述超大口径轴流止回蝶阀中的涡结构尺度信息；
基于所述能量梯度K函数确定不同状态下所述涡结构尺度信息生成的演化规律，并根据所述演化规律进行旋涡脱落分析和流动分离分析；
根据所述旋涡脱落分析和流动分离分析对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析。
为了实现上述目的，本发明提供了一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析系统，所述系统包括：
模型构建模块，用于基于预设的三维建模软件进行三维建模，构建三维数值计算模型，并根据结构化网格方式和非结构化网格方式进行网格划分；
损失分析模块，用于根据所述三维数值计算模型对超大口径轴流止回蝶阀进行数值模拟，确定若干个分析参数，并根据所述分析参数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析；
稳定分析模块，用于构建能量梯度K函数，并基于所述能量梯度K函数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析；
动力分析模块，用于根据所述流动损失分析和所述流动稳定分析对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流体动力分析。
本发明提供了一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法及系统，相较现有技术，具有以下有益效果：
本发明公开了一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法及系统，基于预设的三维建模软件构建三维数值计算模型，根据结构化网格方式和非结构化网格方式进行网格划分，根据三维数值计算模型对超大口径轴流止回蝶阀进行数值模拟，确定若干个分析参数，根据分析参数对超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析，构建能量梯度K函数，基于能量梯度K函数对超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析，根据流动损失分析和流动稳定分析对超大口径轴流止回蝶阀进行流体动力分析，本发明通过结构改型实现流动主动控制为方式，开展多目标协同优化设计，减少超大口径轴流止回蝶阀运行过程中的流动损失、提高阀内流动稳定性并降低止回过程反向流动冲击，实现高性能阀门过流部件的水力设计，保证超大口径轴流止回蝶阀在运行过程中具备低流阻、高流通、低冲击的优异性能。
附图说明
图1示出了本发明实施例中一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法的流程示意图；
图2示出了本发明实施例中一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下文是结合附图对本发明的优选的实施例说明。
如图1所示，本发明的实施例公开了一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法，所述方法包括：
S110：基于预设的三维建模软件进行三维建模，构建三维数值计算模型，并根据结构化网格方式和非结构化网格方式进行网格划分。
在本申请的一些实施例中，在基于预设的三维建模软件进行三维建模，得到三维数值计算模型时，包括：
获取动态亚格子应力模型，并基于速度梯度非线性模式和螺旋度影响模式对所述动态亚格子应力模型进行修正，得到修正动态亚格子应力模型；
获取所述超大口径轴流止回蝶阀内流速的各向异性自变量；
根据所述流速的各向异性自变量构建所述超大口径轴流止回蝶阀的流场信息过滤器；
根据所述流场信息过滤器和所述修正动态亚格子应力模型在所述预设的三维建模软件进行三维建模，得到所述三维数值计算模型。
所述修正动态亚格子应力模型的形式如下：
其中，下标i，j，k分别代表空间中的x,y,z方向，τij为i方向和j方向之间的亚格子应力张量，C1、C2和C3为模式系数，Δ为滤波长度，为超大口径轴流止回蝶阀内部流体的应变大小张量，/>为超大口径轴流止回蝶阀内部流体在i方向和j方向之间的变形率张量，为k方向的滤波速度在i方向上的变化率，/>为超大口径轴流止回蝶阀内部流体的对称涡量梯度张量，λ为系数；
所述流场信息过滤器的形式如下：
a1＝Δx/Δz，a2＝Δy/Δz；
其中，Δeq 2＝Δ，α1和α2为超大口径轴流止回蝶阀内流速的各向异性自变量，为体现主、次流动在滤波尺度中的权重的当地速度矢量，Δx为x方向的滤波长度，Δy为y方向的滤波长度，Δz为z方向的滤波长度。
本实施例中，构建考虑速度梯度非线性模式和螺旋度影响模式的亚格子应力模型，实现对动态亚格子应力模型的修正，其中，为速度梯度非线性，为螺旋度影响模式。
本实施例中，可以采用三维建模软件Solidworks等对超大口径轴流止回蝶阀内部流动区域进行三维建模，并采用ICEM软件根据阀内结构，通过结构化和非结构化网格相结合的方式进行网格划分。采用动网格方法对蝶板开度随时间的动态变化过程进行控制，并通过UDF编译不同的运动公式来实现蝶板位置随时间的变化规律的设定。选用流动分析软件Fluent通过二次开发开展瞬态流动求解，并对数值计算结果的模型误差和数值误差进行分析。
应该理解的是，本发明可以提高计算效率，有效保证计算精度，实现对流动的精确控制，其关键是获得阀内流动结构和准确的流场细节。
S120：根据所述三维数值计算模型对超大口径轴流止回蝶阀进行数值模拟，确定若干个分析参数，并根据所述分析参数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析。
在本申请的一些实施例中，在根据所述分析参数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析时，包括：
获取预设时间内所述超大口径轴流止回蝶阀内部流体流动的时均速度分量和速度波动分量；
根据所述时均速度分量计算所述超大口径轴流止回蝶阀内部流体流动的时均速度特定熵产生率；
根据所述速度波动分量计算所述超大口径轴流止回蝶阀内部流体流动的速度波动特定熵产生率；
基于所述时均速度特定熵产生率和所述速度波动特定熵产生率计算所述超大口径轴流止回蝶阀内部流体流动的熵产生率；
根据所述熵产生率对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析。
本实施例中，研究针对超大口径轴流止回蝶阀开启和闭合过程，分别在不同止回阀结构、开度、介质参数及压力参数等工况下开展，通过数值模拟获得不同工况下的阀内、阀间和阀后压力场、速度场、涡量等流场分布特征和流阻特性变化规律。在结构参数方面拟考察多种蝶板结构形式等参数的影响；在蝶板运动参数方面，考察不同开启和闭合速度的影响。在使用过程中，整个蝶板完全处于流动内部，存在一定的截流作用并对管道内的流动产生扰动而导致额外的流动损失，必须对止回蝶阀过流部件(蝶板、阀杆等)进行低流阻结构设计，本发明采用熵产生率分析止回阀内部的流动损失，通过熵产生率准确反映能量损失具体位置，直观展现出由于蝶板扰流引起的能量损失分布和规律。
在本申请的一些实施例中，根据下式计算所述时均速度特定熵产生率：
其中，为时均速度特定熵产生率，/>和/>为时均速度分量，μeff为介质的有效粘度，T为预设时间；
根据下式计算所述速度波动特定熵产生率：
其中，为速度波动特定熵产生率，/>和/>为速度波动分量。
在本申请的一些实施例中，在根据所述熵产生率对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析时，包括：
根据所述熵产生率确定熵产生率分布云图；
基于所述熵产生率分布云图确定高熵产生率位置和所述高熵产生率位置对应的湍流结构；
根据所述高熵产生率位置和所述高熵产生率位置对应的湍流结构对超大口径轴流止回蝶阀的内部进行流动损失分析。
本实施例中，本发明分析止阀门全开正常运行下的内部熵场特征，计算并获得熵产生率分布云图，重点分析高熵产生率位置以及该区域的湍流结构，进而基于熵产生率分析，以高熵产生率区域流动损失控制为目标，开展超大口径轴流止回蝶阀内部过流部件水力优化设计，实现超大口径轴流止回蝶阀的低流阻结构设计，提高流体在阀内的流通能力。
S130：构建能量梯度K函数，并基于所述能量梯度K函数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析。
在本申请的一些实施例中，在构建能量梯度K函数时，包括：
获取所述超大口径轴流止回蝶阀沿流线方向上机械能的梯度和机械能损失；
根据所述机械能的梯度和机械能损失构建能量梯度K函数。
在本申请的一些实施例中，根据下式构建能量梯度K函数：
其中，F为能量梯度K函数，ΔE为机械能的梯度，Δh为机械能损失。
本实施例中，超大口径轴流止回蝶阀的蝶板处于管道内部，除了截流而产生流动损失外，蝶板对管道内的介质流动产生额外的扰动，进而对下游的设备产生影响，超大口径轴流止回蝶阀在设计过程中，必须降低自身过流部件结构对管内流动的影响。
在本申请的一些实施例中，在基于所述能量梯度K函数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析时，包括：
获取所述超大口径轴流止回蝶阀中的涡结构尺度信息；
基于所述能量梯度K函数确定不同状态下所述涡结构尺度信息生成的演化规律，并根据所述演化规律进行旋涡脱落分析和流动分离分析；
根据所述旋涡脱落分析和流动分离分析对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析。
基于止回阀内部流场的计算结果，项目拟采用Omega-Liutex方法识别旋涡结构并分析旋涡阀门内部和阀后管道的分布。
本实施例中，本发明根据Omega-Liutex方法识别旋涡结构并分析旋涡阀门内部和阀后管道的分布，获得超大口径轴流止回蝶阀运行过程中的涡结构尺度信息，确定不同状态下的旋涡结构形成和演化规律，分析旋涡脱落和流动分离。在涡识别和分析基础上，拟进一步采用能量梯度方法表征阀内和阀后的流动稳定性，并考察超大口径轴流止回蝶阀运行过程对管道系统内部流动稳定性的影响。通过沿流线法向方向上机械能的梯度与沿流线方向上机械能损失之比构建能量梯度K函数，表征流动稳定性。
本实施例中，通过分析能量梯度K函数分布规律，确定不同工况下的流场特征，重点分析容易失稳位置处的湍流结构，进而揭示止回阀在运行过程结构参数和运行参数对内部流动稳定性的相互干涉机制。通过涡结构分析结合流动稳定性分析，明确不同运行状态和闭合速度下的流动结构变化规律，开展闭合止回过程中瞬态冲击的控制研究，有效降低闭合过程非稳定流动对止回阀本身以及阀门上游设备的冲击。
S140：根据所述流动损失分析和所述流动稳定分析对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流体动力分析。
本实施例中，本发明通过结构改型实现流动主动控制为方式，开展多目标协同优化设计，减少超大口径轴流止回蝶阀运行过程中的流动损失、提高阀内流动稳定性并降低止回过程反向流动冲击，实现高性能阀门过流部件的水力设计，形成低流阻、高流通、低冲击的流体动力。
为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。
对应的，如图2所示，本申请还提供了一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析系统，所述系统包括：
模型构建模块，用于基于预设的三维建模软件进行三维建模，构建三维数值计算模型，并根据结构化网格方式和非结构化网格方式进行网格划分；
损失分析模块，用于根据所述三维数值计算模型对超大口径轴流止回蝶阀进行数值模拟，确定若干个分析参数，并根据所述分析参数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析；
稳定分析模块，用于构建能量梯度K函数，并基于所述能量梯度K函数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析；
动力分析模块，用于根据所述流动损失分析和所述流动稳定分析对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流体动力分析。
综上，本发明实施例通过基于预设的三维建模软件构建三维数值计算模型，根据结构化网格方式和非结构化网格方式进行网格划分，根据三维数值计算模型对超大口径轴流止回蝶阀进行数值模拟，确定若干个分析参数，根据分析参数对超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析，构建能量梯度K函数，基于能量梯度K函数对超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析，根据流动损失分析和流动稳定分析对超大口径轴流止回蝶阀进行流体动力分析，本发明可以对超大口径轴流止回蝶阀进行流体动力学分析，保证超大口径轴流止回蝶阀在运行过程中具备低流阻、高流通、低冲击的优异性能。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行全部的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
本领域普通技术人员可以理解：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法，其特征在于，所述方法包括：
基于预设的三维建模软件进行三维建模，构建三维数值计算模型，并根据结构化网格方式和非结构化网格方式进行网格划分；
根据所述三维数值计算模型对超大口径轴流止回蝶阀进行数值模拟，确定若干个分析参数，并根据所述分析参数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析；
构建能量梯度K函数，并基于所述能量梯度K函数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析；
根据所述流动损失分析和所述流动稳定分析对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流体动力分析；
在构建能量梯度K函数时，包括：
获取所述超大口径轴流止回蝶阀沿流线方向上机械能的梯度和机械能损失；
根据所述机械能的梯度和机械能损失构建能量梯度K函数；
根据下式构建能量梯度K函数：
其中，F为能量梯度K函数，ΔE为机械能的梯度，Δh为机械能损失；
在基于所述能量梯度K函数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析时，包括：
获取所述超大口径轴流止回蝶阀中的涡结构尺度信息；
基于所述能量梯度K函数确定不同状态下所述涡结构尺度信息生成的演化规律，并根据所述演化规律进行旋涡脱落分析和流动分离分析；
根据所述旋涡脱落分析和流动分离分析对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析。
2.根据权利要求1所述的超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法，其特征在于，在基于预设的三维建模软件进行三维建模，得到三维数值计算模型时，包括：
获取动态亚格子应力模型，并基于速度梯度非线性模式和螺旋度影响模式对所述动态亚格子应力模型进行修正，得到修正动态亚格子应力模型；
获取所述超大口径轴流止回蝶阀内流速的各向异性自变量；
根据所述流速的各向异性自变量构建所述超大口径轴流止回蝶阀的流场信息过滤器；
根据所述流场信息过滤器和所述修正动态亚格子应力模型在所述预设的三维建模软件进行三维建模，得到所述三维数值计算模型。
3.根据权利要求2所述的超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法，其特征在于，
所述修正动态亚格子应力模型的形式如下：
其中，下标i，j，k分别代表空间中的x,y,z方向，τij为i方向和j方向之间的亚格子应力张量，C1、C2和C3为模式系数，Δ为滤波长度，为超大口径轴流止回蝶阀内部流体的应变大小张量，/>为超大口径轴流止回蝶阀内部流体在i方向和j方向之间的变形率张量，/>为k方向的滤波速度在i方向上的变化率，/>为超大口径轴流止回蝶阀内部流体的对称涡量梯度张量；
所述流场信息过滤器的形式如下：
a1＝Δx/Δz，a2＝Δy/Δz；
其中，Δeq 2＝Δ，α1和α2为超大口径轴流止回蝶阀内流速的各向异性自变量，为体现主、次流动在滤波尺度中的权重的当地速度矢量，Δx为x方向的滤波长度，Δy为y方向的滤波长度，Δz为z方向的滤波长度。
4.根据权利要求1所述的超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法，其特征在于，在根据所述分析参数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析时，包括：
获取预设时间内所述超大口径轴流止回蝶阀内部流体流动的时均速度分量和速度波动分量；
根据所述时均速度分量计算所述超大口径轴流止回蝶阀内部流体流动的时均速度特定熵产生率；
根据所述速度波动分量计算所述超大口径轴流止回蝶阀内部流体流动的速度波动特定熵产生率；
基于所述时均速度特定熵产生率和所述速度波动特定熵产生率计算所述超大口径轴流止回蝶阀内部流体流动的熵产生率；
根据所述熵产生率对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析。
5.根据权利要求4所述的超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法，其特征在于，在根据所述熵产生率对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析时，包括：
根据所述熵产生率确定熵产生率分布云图；
基于所述熵产生率分布云图确定高熵产生率位置和所述高熵产生率位置对应的湍流结构；
根据所述高熵产生率位置和所述高熵产生率位置对应的湍流结构对超大口径轴流止回蝶阀的内部进行流动损失分析。
6.根据权利要求4所述的超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法，其特征在于，
根据下式计算所述时均速度特定熵产生率：
其中，为时均速度特定熵产生率，/>和/>为时均速度分量，μeff为介质的有效粘度，T为预设时间；
根据下式计算所述速度波动特定熵产生率：
其中，为速度波动特定熵产生率，/>和/>为速度波动分量。
7.一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析系统，其特征在于，所述系统包括：
模型构建模块，用于基于预设的三维建模软件进行三维建模，构建三维数值计算模型，并根据结构化网格方式和非结构化网格方式进行网格划分；
损失分析模块，用于根据所述三维数值计算模型对超大口径轴流止回蝶阀进行数值模拟，确定若干个分析参数，并根据所述分析参数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动损失分析；
稳定分析模块，用于构建能量梯度K函数，并基于所述能量梯度K函数对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析；
动力分析模块，用于根据所述流动损失分析和所述流动稳定分析对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流体动力分析；
所述稳定分析模块具体用于：
所述稳定分析模块用于获取所述超大口径轴流止回蝶阀沿流线方向上机械能的梯度和机械能损失；
所述稳定分析模块用于根据所述机械能的梯度和机械能损失构建能量梯度K函数；
所述稳定分析模块用于根据下式构建能量梯度K函数：
其中，F为能量梯度K函数，ΔE为机械能的梯度，Δh为机械能损失；
所述稳定分析模块具体用于：
所述稳定分析模块用于获取所述超大口径轴流止回蝶阀中的涡结构尺度信息；
所述稳定分析模块用于基于所述能量梯度K函数确定不同状态下所述涡结构尺度信息生成的演化规律，并根据所述演化规律进行旋涡脱落分析和流动分离分析；
所述稳定分析模块用于根据所述旋涡脱落分析和流动分离分析对所述超大口径轴流止回蝶阀进行流动稳定分析。
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| CN202310623437.XA CN116484769B (zh) | 2023-05-29 | 2023-05-29 | 一种超大口径轴流止回蝶阀流体动力分析方法及系统 |
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-
2023
- 2023-05-29 CN CN202310623437.XA patent/CN116484769B/zh active Active
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| 蝶阀驱动力矩的分析与计算;肖而宽等;《阀门》(第3期);第1-7页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116484769A (zh) | 2023-07-25 |
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