4 中心型蝶阀流场的数值模拟

以典型中心型蝶阀DN1000为例，为保证流场的稳定性，取蝶阀及其前部管道L1=5D（D为管道直径）与其后部管道L2=10D一同作为计算域。网格划分采用了非结构混合网格技术，利用FLUNENT软件包中的前处理软件GAMBIT强大的网格划分功能，采用自适应的网格技术对流场进行调整，使其模拟出更加精细的流动。采用不可压缩流动的雷诺时均方程组，湍流模型采用标准k-ε模型；所有方程中的对流项均用二阶迎风格式离散，离散方程的求解采用压力耦合方程组的半隐式方法（SIMPLE算法），所有方程中的对流项均用二阶格式离散，所有方程的熟练残差均为0.0001，全流场计算了定常流动，得到了阀内流场的详细分布情况。利用GAMBIT建立计算模型。面的网格划分情况，如图2所示。利用Gambit建立阀门不同开度情况下的计算区域，阀转过了相应的角度即可。

图2 阀板附近的网格划分情况

利用FLUENT求解器求解。为了研究阀门的流场特性，按照阀门开度为100%，60%和45%的3种典型工况，将入口速度设置为1，模拟阀门全开，较大开度，半开3种典型状态，进行比较分析。

4.1 阀门全开时流场模拟结果分析

阀门全开，流速1m/s时压力模拟结果，如图3所示。

图3 流速1m/s时压力图

阀门全开，流速1m/s时流场流速模拟结果，如图4所示。阀门全开，流速1m/s时流场速度矢量模拟结果，如图5所示。阀门100%开度，水流速度1m/s时流场特性分析。

（1）从压力图3可知，整个阀板和阀壁受力状况良好，受力较均匀，只是在阀板端部小区域内形成局部高压区，对阀板前部形成一定的冲击，但考虑到这种冲击发生在阀板的大尺寸方向，且上下对称，因此对蝶阀整体的影响不大。

（2）从速度图4可知，流速的上下对称性较好，速度梯度比较温和，流速过度区域比较大。在阀板前端和后端形成的低速区亦在我们的意料之中，和实践的情况也较吻合，说明模拟结果可信度较高。

（3）从速度矢量图5可知，整个流场基本以层流为主，整体看流场状况较为平稳。总体来看，蝶阀全开时，流速分布较均匀，整个流态相当平稳。

图4 流速1m/s时速度图

图5 流速1m/s时速度矢量图

4.2 阀门60%开度时流场模拟结果分析

阀门60%开度，流速1m/s时流场压力模拟结果，如图6所示。

图6 流速1m/s时压力图

阀门60%开度，流速1m/s时流场速度模拟结果，如图7所示。阀门60%开度，流速1m/s时流场速度矢量模拟结果，如图8所示。阀门60%开度，水流速度1m/s时流场特性分析。

图7 流速1m/s时速度图

图8 流速1m/s时速度矢量图

（1）从压力图6可知，阀板总体呈现前高压，后低压的状况，同时后部的低压区较为均匀，梯度不大，相比较前部的高压区又呈现出明显的上部低压，下部高压的特点，使得阀板的受力无论前后，还是上下都出现不对称的情况，不过由于此时的压力梯度并不太大，所以阀板虽然受力较复杂，但不会产生较为严重的问题。

（2）从速度图7可知，阀板上下过流区域的流速过大，会对附近的管壁

造成一定的冲击。阀板后部的层状低速区则清晰可见。

（3）速度矢量图8可知，流场仍以层流为主，未见明显异常。