三通换向阀阻力损失模拟计算

杨有全，张丰

（南京净环热冶金工程有限公司，江苏南京210016）

三通换向阀阻力损失模拟计算

杨有全，张丰

（南京净环热冶金工程有限公司，江苏南京210016）

三通换向阀是实现蓄热式燃烧技术的关键设备之一。介绍了利用三维软件对三通换向阀的流动特性模拟结果，并在实际工程中进行验证。本研究对三通换向阀的设计具有指导意义。

三通换向阀；烟气；UG；网格划分；Fluent

三通换向阀是实现蓄热式燃烧技术的关键设备之一，随着蓄热式燃烧技术的普遍应用，三通换向阀在工程应用中也逐渐成熟，但在实际应用中还有待进一步完善。特别是在双蓄热燃烧技术中，燃料气体的换向阀选型更为重要，在每次换向过程中都会有燃料损失，换向阀选择过大燃料损失就大，换向阀选择过小又会造成流动阻力损失过大，用UG进行三维建模，ICEM进行网格划分，再利用Fluent进行计算，并在实际工程运用中验证。

1 三通换向阀的结构与计算模型

1.1 三通换向阀的工作方式

蓄热式加热炉空、煤气管路与排烟管路中使用的三通换向阀（下文简称换向阀）结构如图1所示。此换向阀具有两个缸体，三个进、排气管道，两个检修人孔。通过电磁阀控制阀板的升降，来达到控制气路的进、排气过程。

通过三维视图表现的换向阀进、排气内部结构

图1 三通换向阀示意图

如图2所示。

图2 换向阀进气、排烟过程内部结构示意图

1.2 三维建模与计算模型

根据高炉煤气双蓄热燃烧工程实例，换向阀配置为表1所示。每个换向阀的两个气缸分别对空气/空烟（煤气/煤烟）进行通或断的操作，亦可两个同时切断，停止供气和排烟。换向阀分两侧对称布置，每个换向控制回路有两个空气/空烟和两个煤气/煤烟换向阀组成，全炉共计12个。

表1 换向阀配置

2 工质物性与边界条件的设定

2.1 工质的流量参数

蓄热式加热炉中空气、煤气管路各段参数及设备配置如表2、表3所示。

表2 空气、煤气参数

表3 烟气参数

2.2 边界条件的设定

从上一节可以看出，空气/空烟管路中换向阀管径为DN600、DN700两种，煤气/煤烟管路中换向阀管径为DN700、DN800两种，为比较换向阀的流通特性，本文对不同管径的换向阀所取的流量分别设定为8 000 m3/h、13 000 m3/h、18 000 m3/h，换算为流速的具体数值如表4所示。

表4 计算所取流量的设定（m/s）

蓄热式加热炉中使用的是高炉煤气，其与烟气的组成如表5所示。蓄热式炉中煤气的温度设定为20℃，其物性参数为ρ=1.229 kg/m3，ν=13.914 m2/s；烟气的温度设定为150℃，其物性参数为ρ=0.956 kg/m3，ν=22.85 m2/s。

表5 高炉煤气（烟气）的组分

在边界条件设置中，将material中流体空气的热物性参数改为上文中的值，来模拟烟气的流动情况。进口为质量速度入口，出口为压力出口，进空气的压力为6 600 Pa，煤气的压力为8 000 Pa，排烟的压力为4 000 Pa。其余面均设置为绝热、无滑移壁面；流体域为空气，不可压缩，常物性。整个流动状态处于湍流状态，湍流模型选择k-ε模型。

2.3 网格划分

换向阀的网格划分如图3所示，DN600、DN700与DN800三种尺寸模型均采用相同的网格设置，网格数量分别为0.79×106、1.09×106与1.71×106。

图3 模型网格划分图

3 计算结果与特性分析

由于管径不同，相同质量流量下，实际流速是不相同的，具体参数见表6、表7、表8。本文模拟了相同流量下，不同管径换向阀进空气、煤气以及排烟气的流动情况。

表6 进空气的流动模拟计算（Pa）

表7 进煤气的流动模拟计算（Pa）

表8 排烟气的流动模拟计算（Pa）

4 结论

工程实际投产后，在现场测量阻力损失数据，和模拟计算数据基本吻合，三维模拟计算流动阻力符合计算要求，为工程设计中选择三通换向阀提供计算依据。

Resistance Loss Simulation Calculation of Three Way Reversing Valve

YANG Youquan,ZHANG Feng
（Nanjing Jinghuanre Metallurgy Engineering Co.,Ltd,Nanjing 210016,China）

Three-way reversing valve is one of the key equipments to realize regenerative combustion technology.The simulation results of the flow characteristics of the three way reversing valve by using CFD software are introduced,which is verified in practical engineering.It has guiding significance to the design of three way revering valve.

three way reversing valve;flue gas;UG;mesh generation;Fluent

TF066.5

A

1001-6988（2016）06-0036-03

2016-08-31

杨有全（1977—），男，工程师，主要从事加热炉的设计与项目管理方面工作.