閥門是石油、化工、電站、造紙、核工業(yè)、長輸管線、各種低溫工程、海洋采油以及宇航等流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，具有導流、截止、調節(jié)、節(jié)流、防止逆流、分流或溢流卸壓等功能。調節(jié)閥工作溫度較高，應能夠耐受通過閥門壓力降引起的高流速，還要耐受閃蒸溶解汽的汽蝕、水的汽化和煤灰顆粒引起的腐蝕及磨蝕。黑水即為水煤漿氣化工藝中在洗滌塔和氣化爐的生產過程中產生的，因此對某型號黑水調節(jié)閥的內部流場進行CFD數(shù)值模擬分析，得到可視化結果，找出其閃蒸、空化區(qū)域，并對該區(qū)域進行結構改進，延長其使用壽命，具有重要意義。
 

　　黑水調節(jié)閥本質上是角閥的一種。它從結構上可以分為流開型(底進側出)和流閉型(側進底出)兩種。由于本案例中的調節(jié)閥用于煤化工氣化工藝中，其介質含有煤渣、煤塵等雜質，為了防止流道堵塞，采用流閉型調節(jié)閥。主要用來處理流經氣化爐和洗滌塔的黑水介質。黑水中含有Cl-、HS等強腐蝕性介質，同時還有很多硬質顆粒，固相含量高達3000mg/L，并且固相硬度很高，固相摩氏硬度可達7Mohs(剛玉陶瓷摩氏硬度)，閥門進口壓力3~6MPa，可承受0.3~1.5MPa的壓差。而且其工作溫度達250℃。黑水中的固體顆粒易發(fā)生沉積、結垢現(xiàn)象，容易堵塞閥門流道和工藝管道。當流體流過節(jié)流斷面時，還有可能產生氣液兩項共存的狀態(tài)，即發(fā)生閃蒸現(xiàn)象，這對閥芯和閥體造成了很大的危害，而且黑水介質中的硬質固體顆粒對閥內件和管道的高速沖刷，很大程度上損壞了閥門，而且產生了劇烈的震動和噪聲。由此可知，該閥門的工作狀況比較惡劣，我們用數(shù)值模擬的方法zui大程度上去還原該閥門的真實工作情況，通過流場的可視化分析找到其閃蒸、空化的部位，為今后閥門的設計改進提供了一定的參考。
 

　　黑水調節(jié)閥固液兩相流數(shù)值模擬：
 

　　1、建模：用三維軟件UG分別建立該調節(jié)閥開度十種開度下的三維模型，并抽取其流道，并將其劃分網(wǎng)格，流道劃分采用的是非結構化網(wǎng)格的劃分方法。因為該流道模型是關于中心面對稱的，為了便于計算和分析，我們采用其一半的模型進行網(wǎng)格劃分及流場分析。
 

　　2、兩相流理論的研究模型
 

　?、侔蚜黧w當成連續(xù)介質，把顆粒當做離散相，探討顆粒動力學；
 

　　②除了把流體當做連續(xù)介質，把顆粒群也當做擬流體，假設它在空間有連續(xù)的壓強分布和速度分布以及等價的輸運性質。
 

　　在當前的兩相流研究當中，對離散相顆粒的模擬是關鍵問題，而且對在連續(xù)流體中的離散相顆粒有不同的處理方法。
 

　　3、數(shù)值計算：將msh文件導入Fluent進行計算。本文算例采用壓力基求解器，湍流模型采用可實現(xiàn)的k-ε模型，由于該介質中含有固體顆粒，而且介質中含固質量分數(shù)在15%左右，我們可以把各相看成互相貫通的連續(xù)體，滿足Mixture模型的基本要求，所以我們采用的多相流模型為Mixture模型。采用SIMPLEC算法，單元中心的變量梯度選擇Green-GaussNodeBased，壓力的插值方法選擇PRESTO！其他項采用一階迎分格式。求解過程中適當調節(jié)松弛因子直到計算收斂。入口邊界條件：壓力入口，p1=3.72MPa。含固體積分數(shù)0.12。工作溫度211℃。出口邊界條件：壓力出口p2=0.5MPa。壁面條件：無滑移壁面。默認設置對稱軸條件。材料特性：液體密度852kg/m³，211℃時動力粘度0.000127kg/m2s。固體顆粒直徑0.05mm，密度1200kg/m³。需要注意的是，不同開度下的模型需采用相同的邊界條件進行設定。