Comportamiento de erosión de válvulas de bola de control tipo V en sistemas químicos de carbón (Parte 1)

El modelo tridimensional de la válvula de bola de regulación de tipo V se modificó mediante ingeniería inversa para extraer su dominio de fluido, que luego se importó al módulo ICEM para mallado. Debido a la compleja geometría interna de la válvula de bola de tipo V, se empleó una malla híbrida para mejorar la calidad general de la malla. Se utilizaron mallas hexaédricas estructuradas para las tuberías de entrada y salida, mientras que mallas tetraédricas no estructuradas se aplicaron a la región de la válvula. El refinamiento de malla local se aplicó cerca del asiento de la válvula y el puerto de bola para garantizar la precisión computacional. Se creó una interfaz híbrida entre las regiones estructuradas y no estructuradas, utilizando nodos de transición para mantener un intercambio de datos sin problemas. El modelo de malla del dominio de fluido de la válvula de bola de regulación de tipo V se muestra en la Figura 2.

Figura 2 Modelo de malla de dominio de fluido de válvula de bola reguladora tipo V

La independencia de la malla se verificó usando el caudal másico de entrada y la velocidad media de salida como criterios de evaluación. Los resultados para el modelo al 50% de apertura relativa se presentan en la Figura 3. como se muestra, cuando la malla contiene 1,72x10 elementos, tanto el caudal másico de entrada como la velocidad media de salida se estabilizan con un refinamiento adicional de la malla. Esto indica que el refinamiento adicional de la malla tiene un efecto insignificante en los resultados computacionales. Por lo tanto, para equilibrar la precisión y la eficiencia computacional, se utilizó una malla de 1,72 millones de elementos para los cálculos de campo de flujo en todas las demás aberturas de válvula.

Figura 3 Verificación de la independencia de la malla

En el modelo de verificación de la simulación, los métodos de cálculo y los ajustes del solver se configuraron como se enumera en la Tabla 2. Los parámetros experimentales correspondientes para la tubería curva de Zeng se resumen en la Tabla 3.

Tabla 3 Parámetros experimentales de Zeng's Bend Pipe

En la simulación, se definieron los parámetros relevantes y se especificó el coeficiente de rebote del muro de Forder para el modelado de la erosión. Como se muestra en la Figura 4, cuando el ángulo de impacto es inferior a 50 °, los resultados de simulación de diferentes modelos de desgaste por erosión muestran desviaciones menores de los datos experimentales de Zeng et al. Cuando el ángulo de impacto supera los 50 °, los modelos de McLaury y Oka tienden a sobrepredecir la erosión en comparación con los resultados experimentales, mientras que el modelo de Finnie muestra la concordancia más cercana.

Figura 4. Validación de la corrección de los cálculos numéricos

Figura 5. curva característica de flujo de válvula de bola de tipo V