中心型蝶阀流场的数值模拟研究

黄国权 曹仲武

摘  要：利用CFD软件FLUENT对中心型蝶阀流场进行数值模拟。计算模型采用不可压缩流动的雷诺时均方程组，紊流模型采用标准模型，离散方程的求解采用压力耦合方程组的半隐式方法（SIM－PLE算法）。对阀门在不同开度情况下，流场状况分别进行了数值模拟，分别得到速度场，压力场，速度矢量场。定性的给出了阀门在不同开度下重要部位的受力情况，比较直观的给出了阀门在不同工况下流道内部的速度分布，为分析阀门内部受冲击状况提供了依据。由对阀门开度的不断变化，得到了涡流的形成过程，及速度对涡流形成及扩展的影响。

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1 前言

蝶阀以其结构简单和适合用于大中口径管道的结构特点，得到了广泛的应用。应用传统的阀门设计方法已经很难满足蝶阀设计生产的需要，在这种情况下数值模拟方法应运而生，它能够从更深层次对蝶阀的内部流场状况进行模拟，将流体力学的相关理论真正应用到蝶阀设计过程中去，对蝶阀设计制造具有深远的意义。即是利用数值模拟软件FLUENT对典型蝶阀的内部流场进行数值模拟，从而为蝶阀改进设计提供依据。以期对蝶阀的设计制造起到一定的指导作用。

2 N－S方程

黏性流体的运动方程的Navier-Stokes方程，简称N—S方程。（1）适用于可压缩黏性流体的运动方程如式（1）。（2）理想流体的运动方程—Euler方程。若不考虑流体的黏性，则由上式可得理想流体的运动方程—Euler方程如式（2）。N—S方程比较准确地描述了实际的流动，黏性流体的流动分析均可归结为对N－S方程的研究。由于其形式甚为复杂，实际上只有极少情况下可以求出精确解，故产生了通过数值求解的研究，这也是计算流体力学进行计算的最基本的方程。可以这么说，所有的流体流动问题，都是围绕对N—S方程的求解进行的。

3 中心型蝶阀

蝶阀是用随阀杆转动的圆形板件作启闭件，往复回转90°左右来开启，关闭和调节流体通道的一种阀门。蝶阀主要用作截断阀，亦可设计成具有调节或截断兼调节的功能。目前蝶阀在低压大中口径管道上的使用越来越多。中心型蝶阀三维模型图，如图1所示。

图1 中心型蝶阀三维模型