偏心半球閥流場數(shù)值模擬與分析
1 概述
    偏心半球閥以其開啟力小，關(guān)閉時能破除結(jié)垢障礙，流體阻力小等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。在偏心半球閥試驗(yàn)和使用過程中難以觀察流體在閥體內(nèi)部流場的分布情況，對數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測難以實(shí)現(xiàn)，因此開展閥門流體流場的數(shù)值模擬分析，對設(shè)計(jì)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要意義。本文運(yùn)用Ansys軟件，對某氧化鋁企業(yè)使用的DN500半球閥在不同工況下進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。以流體在半球閥閥瓣不同開度下的流體分析為依據(jù)，改變閥瓣結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)半球閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
    2 流程分析
    2.1 控制方程
    假設(shè)半球閥內(nèi)部流動介質(zhì)為水。為了便于建立數(shù)學(xué)模型，對閥腔內(nèi)流域做出假設(shè)。①假設(shè)流域?yàn)榉€(wěn)態(tài)不可壓縮非粘性流動過程。②假設(shè)液固界面為滑移邊界，即邊界處速度為0，且k=0，ε=0。
    2.2 數(shù)學(xué)模型
    閥腔內(nèi)的流體流動是一個復(fù)雜的湍流流動過程，其重要特征是不規(guī)則性、耗散性、旋流性和擴(kuò)散性。描述流體在閥腔內(nèi)流動的數(shù)學(xué)模型為動量方程、連續(xù)性方程、質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律（式1～4）
    
    式中ρ———介質(zhì)密度，kg/m3
    P———壓力，MPa
    u、υ 、w ———速度矢量    
    k———紊流動能，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動能產(chǎn)生項(xiàng)
    
    σk、σε ———與紊流動能和耗散率對應(yīng)的Pr數(shù)