1 前言
科學(xué)研究的電動(dòng)式調(diào)節(jié)閥門(mén)主要運(yùn)用于中央空調(diào)、致冷、供暖等房屋控制系統(tǒng)中冷/開(kāi)水，蒸氣的總流量調(diào)整。它是一個(gè)不可缺少的液壓控制系統(tǒng)，與此同時(shí)也是造成耗能的元器件。因而，科學(xué)研究調(diào)節(jié)閥門(mén)的水力發(fā)電特點(diǎn)，針對(duì)減少熱量損害及其具體指導(dǎo)閘閥設(shè)計(jì)方案有十分關(guān)鍵的實(shí)際意義。因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥門(mén)內(nèi)部結(jié)構(gòu)流動(dòng)性極為繁雜，針對(duì)調(diào)節(jié)閥門(mén)水利工程特點(diǎn)的分析關(guān)鍵也是以實(shí)驗(yàn)為主導(dǎo)，成本相對(duì)高，用時(shí)長(zhǎng)，不益于新品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。伴隨著電子計(jì)算機(jī)與CFD的發(fā)展趨勢(shì)，CFD有限元分析的優(yōu)勢(shì)愈來(lái)愈顯著，它不但能詳盡地表明調(diào)節(jié)閥門(mén)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)勢(shì)流，并且相比于試驗(yàn)科學(xué)研究，它有其特有的優(yōu)勢(shì)：科學(xué)研究低成本，周期時(shí)間短；能在電子計(jì)算機(jī)上形象化地表明結(jié)論，有利于可靠性設(shè)計(jì)；與此同時(shí)，它有著非常好的可重復(fù)性，標(biāo)準(zhǔn)非常容易操縱。
運(yùn)用Fluent手機(jī)軟件對(duì)調(diào)節(jié)閥門(mén)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維黏性勢(shì)流開(kāi)展了有限元分析，并對(duì)數(shù)據(jù)可視化結(jié)論及其總流量特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了剖析。
2 幾何圖形模型
調(diào)節(jié)閥門(mén)的數(shù)字模型，如下圖1所顯示。

必須創(chuàng)建內(nèi)部結(jié)構(gòu)液體地區(qū)的實(shí)體模型，應(yīng)用CATIA手機(jī)軟件模型，充分考慮對(duì)稱構(gòu)造及其處理速度，取閘閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)流道地區(qū)的一半做為測(cè)算地區(qū)。為了更好地使液體充足流動(dòng)性，前后左右管路各自延長(zhǎng)2倍管經(jīng)和5倍管徑。
3 勢(shì)流剖析理論基礎(chǔ)
假定調(diào)節(jié)閥門(mén)內(nèi)部結(jié)構(gòu)流動(dòng)性為三維不能縮小黏性流動(dòng)性，內(nèi)部結(jié)構(gòu)液體為流場(chǎng)流動(dòng)性。用規(guī)范κ-ε流場(chǎng)實(shí)體模型來(lái)封閉式中合時(shí)均運(yùn)動(dòng)控制方程式。
（1）不能縮小液體的連續(xù)性方程：
（2）不能縮小液體流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)方程：
（3）規(guī)范κ-ε方程式：
（4）流場(chǎng)機(jī)械能κ的方程式：
（5）損耗率ε的方程式：
式中：
ρ—流體密度；
ui—液體沿方位的速率份量；
p—液體微元體上的工作壓力；
μ—?jiǎng)恿φ扯龋?BR> υt—湍動(dòng)黏度；
κ—湍流動(dòng)能；
ε—損耗率；
υ—黏度；
實(shí)體模型參量：Cε1=1.44，Cε2=1.92，σκ=1.0，σε=1.3。
4 網(wǎng)格劃分與初始條件
運(yùn)用Fluent前圖像處理軟件Gambit開(kāi)展網(wǎng)格劃分，在閥心周邊，速度氣體壓強(qiáng)的梯度方向較為大，因而在這里開(kāi)展網(wǎng)格圖優(yōu)化，選用的是是非非結(jié)構(gòu)性的四面體網(wǎng)格圖；而在進(jìn)出口貿(mào)易選用六面體網(wǎng)格圖?？偩W(wǎng)格數(shù)在（15～20）萬(wàn)中間，如下圖2所顯示。以進(jìn)、出入口工作壓力做為初始條件。

5 最小相位系統(tǒng)測(cè)算
選用分離出來(lái)求得器（Segregated）開(kāi)展求得，液體物質(zhì)為水，相對(duì)密度為1000kg/m3，驅(qū)動(dòng)力粘度系數(shù)為υ=0.001003Pa•s。設(shè)置初始條件為進(jìn)口的工作壓力和出入口工作壓力，湍流模型選用規(guī)范κ-ε方程式，實(shí)體模型主要參數(shù)設(shè)為湍流強(qiáng)度I和水力直徑D。近壁區(qū)選用規(guī)范邊界層函數(shù)公式法，固邊界層選用無(wú)移動(dòng)初始條件。工作壓力和速率的藕合選用SIMPLE優(yōu)化算法，離散變量文件格式所有選用二階迎雨文件格式，求得歷程中松馳因素為：工作壓力項(xiàng)0.2，速率項(xiàng)0.5，流場(chǎng)機(jī)械能和損耗率均為0.5，監(jiān)控進(jìn)、出入口的氣體流量。
6 數(shù)值及剖析
對(duì)DN40調(diào)節(jié)閥門(mén)全開(kāi)時(shí)開(kāi)展仿真模擬剖析，優(yōu)化15000次做到收斂性，仿真模擬結(jié)論，如下圖3～圖10所顯示。從殘差圖及其進(jìn)口的流量監(jiān)測(cè)圖，如下圖3、圖4所顯示?？梢钥吹贸?，收斂性實(shí)際效果非常好，表明所建實(shí)體模型及其計(jì)算方式是有效的。

6.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)勢(shì)流剖析
（1）從速率圖和工作壓力圖看來(lái)，如下圖5、圖6所顯示。管路進(jìn)、出入口速度壓力分布較為勻稱，說(shuō)明所獲得測(cè)算地區(qū)可以讓流水充足流動(dòng)性，流水至閥心底端時(shí)滯至，這里工作壓力升到最大。當(dāng)流水至閥心與高壓閘閥中間時(shí)，商品流通總面積快速減少，這里的負(fù)擔(dān)也快速減少，而速率超過(guò)較大，穿過(guò)閥心時(shí)，工作壓力升高而速率降低。

（2）從工作壓力等值線看來(lái)，如下圖7所顯示。在閥心周邊遍布較密，氣體壓力關(guān)鍵集中化在這里。

（3）從速率矢量圖片得知，如下圖8所顯示。經(jīng)閥心排出的流行集中化在管的頂端，流動(dòng)速度不勻稱。

（4）從流場(chǎng)機(jī)械能等值線圖得知（圖略）。流場(chǎng)機(jī)械能在閥心周邊遍布最密，流場(chǎng)機(jī)械能較大，動(dòng)能損害關(guān)鍵集中化在這里。
（5）從流線型圖可以清晰地見(jiàn)到（圖略）。在上閥腔的右下方側(cè)及其下閥腔左上側(cè)有很大區(qū)域的渦旋，并在上閥腔右下方側(cè)產(chǎn)生了劇
烈紊動(dòng)的分離出來(lái)流回區(qū)，造成動(dòng)能損害。
6.2 總流量特點(diǎn)剖析
調(diào)節(jié)閥門(mén)的流量系數(shù)界定為：環(huán)境溫度為（278～323）K（5～40℃）的水在105Pa氣體壓強(qiáng)下，1h內(nèi)穿過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)的立方數(shù)，用m3/h表明。
即
式中：
KV—調(diào)節(jié)閥門(mén)的流量系數(shù)；
Q—調(diào)節(jié)閥總流量，m3/h；
△P—調(diào)節(jié)閥門(mén)前后左右壓力差，KPa。
對(duì)DN40-DN80調(diào)節(jié)閥門(mén)有限元分析的結(jié)論，如表1所顯示。由表1得知：KV值偏差并不算太大，說(shuō)明仿真模擬結(jié)論是靠譜的。

7 結(jié)果
調(diào)節(jié)閥門(mén)流量系數(shù)的仿真模擬值和標(biāo)準(zhǔn)偏差符合不錯(cuò)，說(shuō)明CFD可以運(yùn)用于調(diào)節(jié)閥門(mén)的勢(shì)流剖析。而且獲得了調(diào)節(jié)閥門(mén)內(nèi)部結(jié)構(gòu)詳盡的移動(dòng)狀況：速率場(chǎng)遍布、工作壓力場(chǎng)遍布、流線型邁向、渦旋及二次流等，為調(diào)節(jié)閥門(mén)流道構(gòu)造的改進(jìn)帶來(lái)了理論來(lái)源。與此同時(shí)，針對(duì)其他種類閘閥勢(shì)流的仿真模擬有很大的實(shí)用價(jià)值。
論文參考文獻(xiàn)
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