论文导读:：求解过程应用ANSYS软件来自动实现。基于ANSYS的闸阀内部流场模拟。
论文关键词：数值模拟，有限体积法，闸阀，ANSYS软件
无论是在流体机械中, 还是在流体传动与控制系统中, 人们都会用到各种各样的阀门。 这些阀门装置的主要作用是对流体的流量、压力和流动方向进行调节和控制, 以满足工作系统的要求。对阀门的要求：一是控制可靠；二是阻力小、损失少。21世纪前，对各类阀门, 尤其是对阀门流道流动特性的研究尚未引起重视, 在设计中基本上还是依据常规设计方法和经验, 只注重结构型态而不注重考虑流阻损失, 从而引起较大的能耗论文提纲格式。近年来，随着计算流体动力学( CFD)和计算机技术的飞速发展，数值模拟手段已广泛应用于内部的复杂流动研究。本文通过ANSYS软件的FLOTRAN CFD工具模拟了闸阀内部的流场，并对闸阀的阻力特性进行了研究有限体积法，。
1 模型与数值方法
 本文主要研究的是闸阀内部流场。笔者将闸阀的原型简化，使得闸阀通道是圆形通道，闸板是平板闸板，故在此只需建立带有闸板的闸阀通道模型闸阀的CFD模型与实物的比例为1：1，以闸阀左下端点为原点，建立直角坐标系，其几何模型如图1所示（以闸板开度50%为例）。
本文采用阀门的进口速度及进口压强作为进口的边界条件，在绝对参考系下给定一均匀来流，方向垂直于进口面，速度大小分别为1m/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s，强度和水力直径由公式推出有限体积法，进口表面压强为2000Pa；出口边界采用自由出流，由于全部流场只有一个出口，其出口表面压强设为0。由于在固壁处质点满足无滑移边界条件，设壁面速度为0。
本文根据闸阀特点，采用 二方程湍流模型，并选用ANSYS软件的流体动力学分析类型进行分析。笔者还借助提供了专用于分析二维和三维流体流动场的先进工具ANSYS软件的FLOTRANCFD工具计算了闸阀的内部流场并分析其特性论文提纲格式。
2计算结果及分析
当水为常温20℃时：密度为998.2kg/m3，粘度为100.5×10-5Pa.s。此时当闸阀开度分别为10%、20%、25%、35%、45%、50%、60%、75%、100%，进口速度分别为1、2、3、4、5m/s等情况时，模拟出各节点压力场分布图等情况。
当开度一定（以50%为例），进口速度分别为1、3、5m/s时，闸阀内部节点压力场分布情况如图2-1~3所示。
图2-1进口速度为1m/s有限体积法，开度为50%的节点压力场分布图
图2-2进口速度为3m/s，开度为50%的节点压力场分布图
图2-3进口速度为5m/s，开度为50%的节点压力场分布图
从节点压力场分布图2-1~3中可以清楚的看到，当闸阀闸板开度一定时（以50%为例）：随着进口速度依次逐渐增大，内部流场的最低静压降低。
对于DN50的闸阀，当水温为20℃,进口相对压强为2000Pa，闸板开度为50%时，发生气蚀的临界进口速度介于4～5m/s之间。同理可得当闸板开度为10%、20%、25%、35%时，发生气蚀的临界速度都低于1m/s；当闸板开度为45%时，发生气蚀的临界速度低于介于3~4m/s之间；当开度大于60%时，进口速度少于5m/s时都不会发生气蚀现象。具体结果如表2-1所示：
表2-1 气蚀临界速度与闸板开度之间的关系
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闸板开度
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10%
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20%
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25%
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35%
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45%
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≥60%
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气蚀临界速度（m/s）
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＜1m/s
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＜1m/s
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＜1m/s
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＜1m/s
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3~4m/s
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＞5m/s
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当进口速度一定（以3m/s为例）有限体积法，闸板开度分别为10%、25%、75%时，闸阀内部节点压力场分布情况如图3-1~3所示
图3-1进口速度为3m/s，开度为10%时节点压力场分布图
图3-2进口速度为3m/s，开度为25%的节点压力场分布图
图3-3进口速度为3m/s，开度为75%的节点压力场分布图
从节点压力场分布图3-1~3中可以清楚的看出，当进口速度一定时（以3m/s为例）：随着闸阀闸板开度逐渐增大，内部流场的最低静压不断升高。
对于DN50的闸阀，当水温为20℃,进口压强为2000Pa，进口速度为3m/s时，闸阀发生气蚀的临界开度介于35%到45%之间论文提纲格式。同理可得：当进口速度为1m/s时，闸阀发生气蚀的临界开度介于35%~45%之间；当进口速度为2m/s时有限体积法，闸阀发生气蚀的临界开度介于35%~45%之间；进口速度为4m/s时，闸阀发生气蚀的临界开度介于50%~60%之间；进口速度为5m/s时，闸阀发生气蚀的临界开度介于50%~60%之间。具体结果如表2-2所示：
表2-2 气蚀临界闸板开度与进口速度之间的关系
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进口速度（m/s）
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1
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2
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3
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4
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5
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气蚀临界开度
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35%~45%
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35%~45%
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35%~45%
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50%~60%
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50%~60%
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3 结论语
流体机械的CFD 研究方兴未艾，阀门的 CFD 研究则刚刚起步，并逐渐与工程设计相结合，朝着适用化的方向发展数值模拟的方法将成为研究流体内部流场的强有力工具，是理论分析和试验观察研究不可替代的方法。国内流体机械内部流动的研究主要集中在水轮机、水泵、燃气轮机等，对阀门内流场进行的研究还不多。因此本文以闸阀为研究对象，利用通用CFD软件ANSYS，计算其内部的流场，分析其内部流场的特性有限体积法，得出以下结论：
（1）从闸阀发生气蚀的进口速度来看，模拟计算结果与理论均表明：流体进口速度的越大越容易产生气蚀，或者说是随着进口速度的增大，闸阀发生气蚀的开度增大。
（2）从闸阀发生气蚀的阀门开度来看，计算结果与理论结果有差距，主要有以下几方面的原因： ①因为实际中的闸阀闸板的位置随流体压力、闸板自重等因数而改变，故与模拟计算时的位置有差别；②随着进口速度增大，计算结果显示闸阀发生气蚀的开度增大。
（3）对比分析说明：利用现有的商用CFD软件ANSYS进行阀门内流场的分析基本可靠。
参考文献
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