偏心半球阀流场数值模拟与分析
1 概述
偏心半球阀以其开启力小，关闭时能破除结垢障碍，流体阻力小等优点，得到广泛的应用。在偏心半球阀试验和使用过程中难以观察流体在阀体内部流场的分布情况，对数据进行检测难以实现，因此开展阀门流体流场的数值模拟分析，对设计和产品结构优化具有重要意义。本文运用Ansys软件，对某氧化铝企业使用的DN500半球阀在不同工况下进行了数值模拟分析。以流体在半球阀阀瓣不同开度下的流体分析为依据，改变阀瓣结构，实现半球阀的优化设计。
2 流程分析
2.1 控制方程
假设半球阀内部流动介质为水。为了便于建立数学模型，对阀腔内流域做出假设。①假设流域为稳态不可压缩非粘性流动过程。②假设液固界面为滑移边界，即边界处速度为0，且k=0，ε=0。
2.2 数学模型
阀腔内的流体流动是一个复杂的湍流流动过程，其重要特征是不规则性、耗散性、旋流性和扩散性。描述流体在阀腔内流动的数学模型为动量方程、连续性方程、质量守恒定律和能量守恒定律（式1～4）
式中ρ———介质密度，kg/m3
P———压力，MPa
u、υ 、w ———速度矢量
k———紊流动能，J
ε———耗散率，m2/s
υi———紊流粘度，Pa·s
υt=CμK2/ε
GK———由于平均速度梯度引起的紊流动能产生项
σk、σε ———与紊流动能和耗散率对应的Pr数
