由此可得，球阀处于同一开度时，自流注水管路系统不同位置的压力值不同，并且分别以阀门(球阀固定开度为 ≤ 50%)、大小头(球阀固定开度为>50%)为分界点呈现不同的趋势。这是因为在小开度下阀门局部压降很大，是管路系统总压降的主要部分，因此所有测点以阀门测点为界具有不同的趋势；而在大开度下，球阀通流面积几乎接近管道通流面积，因此阀门压降比其在小开度下小很多，此时大小头的压降占主要部分，所以管路测点的压降以大小头为界变化趋势不同。

图5 阀门开度75%时不同测点的流体压力随时间变化曲线

图6 阀门开度100%时不同测点的流体压力随时间变化曲线

5 球阀对管路结构动力学特性的影响

结构计算中，考虑振动剧烈程度进行输出节点分类，分别以支撑位置、大小头位置和其它位置这三类节点进行结果输出，计算管道节点轴向和垂向的加速度。以支撑位置1的加速度为例，如图7所示。由图7可知，不同阀门开度下结构支撑点在球阀开启过程中出现不同次数(2次或3次)的激振过程。阀门开度25%、75%、100%的情况下出现了两次激振，分别在0s和2.5s，而阀门开度50%时出现了三次激振，分别在0s、0.5s和2.5s，且开度50%时相应的激振加速度幅值较其它开度下的加速度幅值显著增加。

图7 阀门不同开度时支撑点的加速度随时间变化曲线

6 结  论

本文以输流管道、电液球阀等附件组成的自流注水复杂管路系统为研究对象，基于流固耦合理论，利用有限元软件 ANSYS 建立系统仿真计算模型，研究自流注水瞬态过程中，球阀不同开度对管路系统不同位置的流体和结构动力学特性的影响，可得到以下结论。

1)   流体压力在测试阀前随阀门开度的增加而减小，测试阀后随阀门开度的增加而增大。流体速度基本随阀门开度的增加而增大。固定阀门开度小于等于 50%时，流体压力在测试阀前随时间变化逐渐增大，在测试阀后随时间变化逐渐减小；固定阀门开度大于 50%时，流体压力随时间变化在大小头前逐渐增大，在大小头后先减小后增大。

2)   不同阀门开度下结构支撑点在球阀开启过程中出现不同次数(2 次或 3 次)的激振过程，阀门开度25%、75%、100%的情况下出现了两次激振，而阀门开度 50%时出现了三次激振，且相应的加速度幅值较其它开度下加速度幅值显著增加。

通过研究球阀不同开度对流体和结构动态特性的影响，可以清楚地掌握管路中各点流场的动态特性和结构的振动情况，这对于管道结构的减振降噪十分重要，尤其为水下结构物隐蔽性的提高提供了理论基础；另一方面也为管道系统各个位置的强度设计提供了参考。