شبیه‌سازی و بررسی مشخصه‌های جریان حول شیر پروانه‌ای

Authors

1 Department of Mechanical Engineering .Tarbiat Modares University

2 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University

3 Aerospace Science and Technology Research Institute, Aerospace Research Institute, Ministry of Science, Research and Technology

10.22034/jast.2020.120343

Abstract

شیرهای پروانه‌ای به عنوان شیرهای کنترلی زمانی که افت فشار کمی از شیرمورد نیاز است، استفاده می‌شوند. نتایج حاصل از بررسی‌های عددی از حل معادلات جریان تراکم‌ناپذیر اطراف شیر پروانه‌ای به‌صورت سه‌بعدی در این مقاله ارائه‌شده است. به‌منظور حل معادلات جریان از نرم‌افزار تجاری Ansys   CFX استفاده‌شده است. برای شبیه‌سازی اغتشاشات جریان از مدل توربولانسیk-εاستفاده‌شده است. پروفیل سرعت، توزیع فشار و انرژی جنبشی و شدت توربولانس عواملی هستند که ارائه‌دهنده مشخصه‌های جریان هستند. موقعیت دیسک در زوایای گشودگی˚0،˚15،˚30،˚45،˚60 و˚75 وهمچنین سرعت‌های ورودیm/s  1، m/s  2 و m/s  3 بررسی ‌شده است. گشتاور و عوامل عملکردی شیر نظیر ضریب جریان و ضریب گشتاور هیدرودینامیکی برای این زوایای گشودگی مختلف محاسبه‌شده است. نتایج حاصله از این شبیه‌سازی به‌منظور صحت‌سنجی با نتایج تجربی موجود مقایسه شده است. نتایج حاصله نشان‌دهنده وابستگی افت فشار در طول شیر و ضریب جریان و همچنین ضریب گشتاور هیدرودینامیکی به زاویه گشودگی می‌باشد. به‌طوری‌که با افزایش زاویه گشودگی ضریب جریان و ضریب گشتاور هیدرودینامیکی افت کرده و گشتاور و افت فشار در طول شیر افزایش می‌یابد. همچنین جدایش جریان نیز در زوایای گشودگی ذکرشده بررسی‌شده است.

Keywords


Article Title [فارسی]

شبیه‌سازی و بررسی مشخصه‌های جریان حول شیر پروانه‌ای

Authors [فارسی]

  • فتح اله امی 1
  • حمیدرضا خدایاری 2
  • زهیر صبوحی 3
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس
2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس
3 پژوهشکده علوم و فناوری هوایی، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری
Abstract [فارسی]

شیرهای پروانه‌ای به عنوان شیرهای کنترلی زمانی که افت فشار کمی از شیرمورد نیاز است، استفاده می‌شوند. نتایج حاصل از بررسی‌های عددی از حل معادلات جریان تراکم‌ناپذیر اطراف شیر پروانه‌ای به‌صورت سه‌بعدی در این مقاله ارائه‌شده است. به‌منظور حل معادلات جریان از نرم‌افزار تجاری Ansys   CFX استفاده‌شده است. برای شبیه‌سازی اغتشاشات جریان از مدل توربولانسیk-εاستفاده‌شده است. پروفیل سرعت، توزیع فشار و انرژی جنبشی و شدت توربولانس عواملی هستند که ارائه‌دهنده مشخصه‌های جریان هستند. موقعیت دیسک در زوایای گشودگی˚0،˚15،˚30،˚45،˚60 و˚75 وهمچنین سرعت‌های ورودیm/s  1، m/s  2 و m/s  3 بررسی ‌شده است. گشتاور و عوامل عملکردی شیر نظیر ضریب جریان و ضریب گشتاور هیدرودینامیکی برای این زوایای گشودگی مختلف محاسبه‌شده است. نتایج حاصله از این شبیه‌سازی به‌منظور صحت‌سنجی با نتایج تجربی موجود مقایسه شده است. نتایج حاصله نشان‌دهنده وابستگی افت فشار در طول شیر و ضریب جریان و همچنین ضریب گشتاور هیدرودینامیکی به زاویه گشودگی می‌باشد. به‌طوری‌که با افزایش زاویه گشودگی ضریب جریان و ضریب گشتاور هیدرودینامیکی افت کرده و گشتاور و افت فشار در طول شیر افزایش می‌یابد. همچنین جدایش جریان نیز در زوایای گشودگی ذکرشده بررسی‌شده است.

Keywords [فارسی]

  • شیر پروانه‌ای
  • ضریب گشتاور هیدرودینامیکی
  • ضریب جریان
  • توربولانس
[1]     Sarpkaya, T., 1961, “Torque and Cavitation Characteristics of Butterfly Valves”, Journal of Applied Mechanics, 28(4), pp. 511-518.
[2]     Morris, M. J. and Dutton, J. C., 1989, “Aerodynamic Torque Characteristics of Butterfly Valves in Compressible Flow”, Journal of Fluids Engineering, 111(4), pp. 392-399
[3]     Kimura, T., Tanaka, T., Fujimoto, K., and Ogawa, K., 1995,” Hydrodynamic characteristics of a butterfly valve - Prediction of pressure loss characteristics”, ISA Transactions, 34(4), pp. 319-326.
[4]     Ogawa, K. and Kimura, T., 1995, “Hydrodynamic characteristics of a butterfly valve - Prediction of torquecharacteristics”, ISA Transactions, 34(4), pp. 327-333.
[5]     Huang, C. and Kim, R. H., 1996, “Three-Dimensional Analysis of Partially Open Butterfly Valve Flows”, Journal of Fluids Engineering, 118(3), pp. 562-568.
[6]     Lin, F. and Schohl, G. A., 2004, “CFD Prediction and Validation of Butterfly Valve Hydrodynamic Forces”, Proceedings of World Water and Environmental Resources Congress, Salt Lake City, USA, pp. 1-8.
[7]     Song, X. G. and Park, Y. C., 2007, “Numerical Analysis of Butterfly Valve-Prediction of Flow Coefficient and Hydrodynamic Torque Coefficient”, Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science, San Francisco, USA, pp. 759-763.
[8]     Perma, B., Bahojani, S., and Gopalakrishnan, N., 2010, “Design Optimization of Butterfly Valve Using CFD”, Proceedings of the 37th National & 4th International Conference on Fluid Mechanics and Fluid Power, IIT Madras, Chennai, India.
[9]     Chaiworapuek, W., 2007, The Engineering Investigation of the Water Flow past the Butterfly Valve, MS Thesis, Institut National Des Sciences Appliquees De Lyon – France.
[10] B. Mohammadi and O. Pironneau, Analysis of the K-Epsilon Turbulence Model (Research in Applied Mathematics), John Wiley & Sons Ltd (Import) (August 1994).
[11] Bosserman, B.E., Ali, A., Schuraytz, I.M., 2012, Butterfly Valves: Torque, Head Loss, and Cavitation Analysis AWWA Manual; M49, 2nd ed., American Water Works Association, Denver, CO.
[12] Henderson, A.D., Sargison, J.E., Walker, G.J., and Haynes, J.H., 2008, “A Numerical Prediction of the Hydrodynamic Torque Acting on a Safety Butterfly Valve in a Hydro-Electric Power Scheme,” WSEAS Trans. on Fluid Mechanics, 1(3), pp. 218-223.
[13] ANSYS CFX 10.0 User’s Manual, ANSYS, Inc