1 振动特性数值模拟

流体在具有一定压力和速度的作用下会使阀门产生复杂的横向振动，并且改变流体运动的状态，两者相互影响、相互作用，这种流体与阀门内部结构的相互作用产生振动称为流固祸合振动[59]。许多研究人员在分析阀门振动时，经常忽略了流体压力、流速等因素对特定条件下振动情况的影响，只考虑阀门自身结构的固有频率，虽然得到的简化结果基本满足工程需求，但不够准确。

所以本文利用SolidWorks软件对本课题设计的方心流道金属密封耐磨球阀进行几何建模如图4.2；将几何模型导入到ANSYS软件，再利用ANSYS软件，以2mm为一个单位进行网格划分，得到网格划分图，如图4.3所示；通过设置弹性模量、泊松比、密度等参数对阀门内部流场边界层等进行约束，得到模拟约束图，如图4.4所示；最后按照设计工况要求进行振动特性数值模拟。

图4.2几何模型图

图4.3网格划分图图

4.4数值模拟约束图

通过数值模拟分析得到固有频率分析值如表4.1，不满足发生共振条件，可以减小高频振动对阀门产生的影响及危害，阀门的使用性能得到提高。

表4.1固有频率分析值

2 内部流场数值模拟

运用ANSYS软件，选择适合的模型，并按照工况要求设定模拟条件及参数如表4.2所示，对传统圆形流道的金属密封耐磨球阀和方心流道金属密封耐磨球阀的内部流场进行数值模拟分析，比较两种金属密封耐磨球阀在不同开度情况下阀门开关处的压力和流速，得到阀球、阀座关键部位所受冲击磨损情况，研究其动力学特性，从而得到其使用性能情况。

表4.2模拟条件及参数

首先对两个模型按照模拟条件及参数进行模型建立，再以2mm为一个单位进行网格划分，得到网格划分图；在分别对两种金属密封耐磨球阀全开状态（0°状态）、15°开度、30°开度、45°开度、60°开度和全关状态（阀门在开度不到75°时就已经达到阀门完全关闭状态）进行内部流场分析，得到对应的流线图、速度云图、压力云图，如下图（4.5-4.16）所示。

(a)网格划分图                                                                                                                                (b)流线图

(c)速度云图                                                                                                                                     (d)压力云图

图4.5开度0°时方心形金属密封耐磨球阀的网格划分图、流线图、速度云图及压力云图

(a)网格划分图                                                                                                                                            (b)流线图

(c)速度云图                                                                                                                              (d)压力云图

图4.6开度0°时圆形金属密封耐磨球阀的网格划分图、流线图、速度云图及压力云图

(a)网格划分图                                                                                                                                       (b)流线图

(c)速度云图                                                                                                                                    (d)压力云图

图4.7开度15°时方心形金属密封耐磨球阀的网格划分图、流线图、速度云图及压力云图

(a)网格划分图                                                                                                                                (b)流线图

(c)速度云图                                                                                                                        (d)压力云图

图4.8开度15°时圆形金属密封耐磨球阀的网格划分图、流线图、速度云图及压力云图

(a)网格划分图                                                                                                                                 (b)流线图

(c)速度云图                                                                                                                              (d)压力云图

图4.9开度30°时方心形金属密封耐磨球阀的网格划分图、流线图、速度云图及压力云图

(a)网格划分图                                                                                                                            (b)流线图

(c)速度云图                                                                                                                                 (d)压力云图

图4.10开度30°时圆形金属密封耐磨球阀的网格划分图、流线图、速度云图及压力云图

(a)网格划分图                                                                                                                                (b)流线图

(c)速度云图                                                                                                                               (d)压力云图

图4.11开度45°时方心形金属密封耐磨球阀的网格划分图、流线图、速度云图及压力云图

(a)网格划分图                                                                                                       (b)流线图

(c)速度云图                                                                                                                       (d)压力云图图

4.12开度45°时圆形金属密封耐磨球阀的网格划分图、流线图、速度云图及压力云图