基于CFD的蝶板结构改进设计及数值分析

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3 阀门内部流动特性分析3.1 流阻系数当介质流经阀体时，如果蝶阀的流阻系数较小，将有利于水流的通过，其流体阻力损失以阀门前后的流体压力降表示.流阻系数 为： ， (1) - · /p式中： 为阀门的流阻系数；△p为被测阀门的压力损失，Pa；p为介质密度，kg/m ； 为流速，m/s。

3.2 阻塞流压差降 △p当介质流经阀门节流面又流向-个较宽的通道后，流速降低，压力回升，由阀门最小射流截面处压力变为出口压力P ，这种现象称为阀门的压力恢复”.阀门压力降 △p为P 和P 之差，△p越大，能量损失越大.若阀门的压降超过了式(2)计算值将完全气蚀，即当 △p>卸 ：时，将发生 阻塞”现象 .阻塞流压差 △p 为△p ：F P.-(0.96-0.28 )P ]，(2)式中：△p ：为产生阻塞流时阀上的压差；F 为压力恢复系数，其中，F. 0.55；p 为阀后压力；p 为阀前温度下的饱和蒸汽压力，当水温为 25 时，P 3.2 kPa；P 、为液 体 热力 学 临 界点 压力，P 22.1 MPa。

3.3 气蚀系数由于各种阀门构造不同，因此允许的气蚀系数6也不同.蝶 的容许气蚀系数为 2.5.当 6>2.5时，不会发生气蚀；当2.5>6>1.5时，会产生轻微气蚀；6<1.5时，会产生振动；6<0。5的情况下如果继续使用，则会损伤阀门和下游的配管.气蚀-般用气蚀系数6来量化 ：(3)式中： 为阀前的压头，m；H2为阀后的压头，m；为流速，m/s；g为重力加速度。

通过数值模拟，根据相应的流动特性参数计算公式，町以获得阀门的流动特性.不同开度下蝶阀的压差及气蚀系数如图4所示。

从图4中可以看出，2种蝶阀的前后压差 △p在歇度条件下明显大于产生阻塞流时阀上的压差△p 即 卸 >却 ，表明在阀门开启的过程中存在阻塞”现象，但随着开度的增大逐渐减小。

口/%图4 不同开度下蝶阀的压差和气蚀系数Fig.4 Diferential pressure and corrosion coefficient ofbutterfly valve at diferent opening degrees楔形阀的阀门压力损失和阻塞流压差都较梳齿形阀的大.当阀门开度大于50%时，2种结构的阀门气蚀系数值大于容许气蚀系数，不会发生气蚀现象；当阀门开度在40% ～50%时，会产生轻微气蚀；在开度大于60%的情况下，楔形阀门较梳齿形阀门的抗气蚀能力强.总体上，楔形蝶板阀的气蚀系数较梳齿形蝶板阀有所增大，抗气蚀性能增强。

不同开度下，2种不同蝶板结构的蝶阀的流阻系数如表 1所示。

表 1 2种不同结构的蝶阀流阻系数计算数值对比Tab.1 Contrast of flow resistance coefficientcalculation value between two diferentstructures of butterfly valve由表 1可以看出，楔形蝶板的蝶阀与梳齿形蝶板的蝶阀相比，在阀门开度小于 30%的情况下，流阻系数有小幅增大，阀门阻力增大，不利于流体的通过；当阀门开度大于40%时，流阻系数逐渐减小，开度为90%时减小的最大幅度达到了20%.因此，楔形阀板在开度较大的情况下，阀门流阻系数明显改善，蝶阀的流通能力得到提高。

4 结 论1)蝶阀在开度为40% ～100%时，过流状态较好.在较大开度时楔形蝶阀的流阻系数明显比梳齿- 十I5z7蚌形蝶阀小，这更加有利于水流的通过.阀门开度达到 90%时，楔形齿对流阻系数的影响较梳齿更大。

2)阀门开度小于30%时阻塞”现象严重，存在明显的空化现象，气蚀系数较小；开度大于 40%时，阻塞”现象和空化现象减弱，气蚀系数增大，伴有轻微气蚀；开度大于50%时，气蚀系数陡然增大，未产生气蚀。

3)开度小于40%时，蝶板前后压差较大，所承受的压力较大，且背面出现较大的旋涡；当开度大于 50%时，楔形蝶板背面旋涡区减小，压力梯度减弱，过渡区域增大，蝶板周围压力分布更均匀，局部应力状态得以改善，阀门的安全性得到提高，达到了相应的优化效果，对阀门的优化设计有-定的指导意 义。