变水头装置中蝶阀流场数值模拟与实验

陆 峰，沈昱明

（上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093）

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蝶阀是一种应用广泛的流量控制装置，在恒水头和变水头装置中起到启停控制或流量调节的作用［1-2］。在变水头装置中，通过控制蝶阀开启角度，可使标定管路中的流量接近稳定值。为获得理想流量特性，国内外学者采用数值模拟软件，如ANASIS 系列软件对蝶阀进行了广泛研究。张松等［3］、陶东等［4］对碟阀进行数值建模，采用湍流模型进行数值模拟计算；Leutwyler 等［5］、沈洋等［6］研究了中线蝶阀在稳态条件下的流体气动力矩特性，得到了不同压差下气动力矩随阀门开度变化的关系曲线；Huang 等［7］运用三维数值模拟技术，分析了在固定开度下蝶阀内部不可压缩流体的流动状况；Henderson 等［8］、杨志贤等［9］对蝶阀水动力特性进行三维稳态模拟计算，分析了蝶阀下游管道内的流动分离与涡旋形成现象；Lin 等［10］和Adam 等［11］采用三维稳态数值模拟不同工况下的碟阀，分析了轴径、温度等因素对碟阀流场的影响；曹静等［12］和张勤昭等［13］研究碟阀造成的压力损失及阻力特性，分析了其变化原因；邹志超等［14］和叶志烜等［15］基于动网格技术，采用数值模拟了恒定压力下碟阀启闭过程中的水力瞬变演化机理。然而目前关于碟阀流动特性的研究大多集中在碟阀在恒定压力、固定或变化开度时的流场特性方面，均未深入研究在变水头条件下碟阀开度改变引起的流场变化。

本文采用ANASIS 系列软件中的动网格技术使碟阀恒转速转动，应用CFD 技术，在恒水头条件下对蝶阀开启过程中阀门内部及上下流场进行三维动态数值仿真，模拟了蝶阀下游流场漩涡的演化过程，并得到其流量与流阻特性。……