1 概述
                                 
                              蝶閥以其結構簡單和適合用于大中口徑管道的結構特點，得到了廣泛的應用。伴隨著近代工藝加工技術和材料工業的發展，蝶閥的應用已遠遠超出傳統范圍，在一些工業領域已經替代過去常用的閘閥、截止閥、旋塞閥和球閥。所以開發適用于高參數工況并能夠長周期運行的蝶閥產品，已經成為閥門制造業和使用部門共同關注的問題。設計大口徑蝶閥不僅需要解決使用材料的材質問題而且需要精確了解閥門的水力特性，從而為閥門改進設計提供依據。
                                 
                              近年來。隨著計算機技術的迅猛發展，發達國家已經在閥門的研究與開發中運用CFD軟件FLU2ENT技術進行設計方案的改進。目前，我國對蝶閥的研究主要集中在產品的機械制造及結構形式等方面，從水力的角度對大口徑蝶閥內部流場研究投入較少，使得蝶閥設計和使用處于半試驗狀態。為了更加精確的分析大口徑蝶閥的性能，運用數值模擬的方法分析其內部流場是十分必要的。本文運用CFD軟件FLUENT技術，對某鋼鐵企業使用的DN1400大口徑蝶閥在不同工況下的流場進行了數值模擬，以流體在蝶閥蝶板不同開度下的流動分析結果為依據，通過改變蝶板結構，實現閥門的改進設計，對大口徑蝶閥的優化設計有一定的指導作用。
                                  2 流程分析
                                  2.1 控制方程
                                 
                              設蝶閥內部流動介質為水，為簡化計算，選擇流動模型為單相流體的不可壓縮三維粘性流動，采用不可壓縮流動的雷諾方程組與k-ε紊流模型構成封閉的方程組來求解。
                                  1）連續性方程

                                  2.2 閥門流道模型及網格劃分
                                 
                              以DN1400蝶閥為例，為保證流場的穩定性，取蝶閥及其前部管道L1=5D（D為管道直徑）與其后部管道L2=20D一同作為計算域。網格劃分采用了非結構混合網格技術，利用FLUNENT軟件包中的前處理軟件GAMBIT強大的網格劃分功能，保證了網格的質量，網格總數超過了60萬。采用自適應的網格技術對流場進行調整使其模擬出更加精細的流動（圖1）。
                                  2.3 計算方法
                                 
                              采用不可壓縮流動的雷諾時均方程組，紊流模型采用標準k-ε模型。所有方程中的對流項均用二階迎風格式離散，離散方程的求解采用壓力耦合方程組的半隱式方法（SIMPLE算法）。連續性方程和動量方程收斂殘差標準均為10-3。規定進口邊界條件為velocity-inlet，給定管道進口速度uin設為1.0m/s，出口邊界條件定為自由流動。計算中忽略了重力對流場的影響。全流場計算了定常流動，得到了閥內流場的詳細分布情況。
                                  3 計算結果分析
                                 
                              為了研究閥門的流場特性，按照閥門開度為100%、45%和10%的3種典型工況，模擬閥門全開、半開和微開3種典型狀態。
                                  3.1 改進前蝶閥的流場分析

                                  
                              蝶閥全開時，流速分布較均勻，整個流態相當平穩，但由于蝶板上前后橫向筋板的阻隔，造成水的流速增加，局部水力損失較大，造成一定的過閥損失。流速增加區域集中在前后橫向筋板之間，對管壁形成一定的沖擊。如果結合壓力圖分析，在橫向筋板表面存在負壓，局部的壓力梯度較大，這樣就造成了橫向筋板處的受力情況較差。

                                 
                              蝶閥開度為45%時，由于蝶板的阻隔，流速分布呈明顯不均勻性，在過流的上下區域，流速明顯增加，并形成渦流。速度較大區域集中在蝶板附近的過流上下區域部分，形成對管壁的較大沖擊。由于蝶閥背面存在局部低壓區，從蝶閥上方越過的流體部分折向下流，從蝶閥下方流過的流體部分折向上流，在蝶板背面靠下部分形成旋渦。
                                 
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