利用ANSYS 軟件計算和分析了蝶閥的流場及其結構，給出了蝶板的受力集中區域，并作了相應改進和優化設計。

1、概述

　　隨著蝶閥技術的進步和使用范圍的擴大，基于使用經驗設計蝶閥已不能滿足設計要求。數值計算技術的發展和流固耦合理論(用于研究變形固體在流場作用下的各種行為以及固體位形對流場影響交互作用) 的不斷成熟，為解決實際的工程問題提供了平臺。本文采用ANSYS 進行蝶閥流固耦合計算，利用ANSYS Fluent 計算蝶閥的流場，研究流場結構，應用ANSYS 進行蝶板受力分析，對受力集中區域進行改進，優化蝶板結構設計。

2、理論分析

　　2.1、流場計算

　　粘性流體流動的控制方程為質量守恒方程和動量守恒方程，以有限體積表達形式描述的流體動力學輸運方程為

　　流場計算采用全隱式求解，湍流模型選擇標準模型。

　　2.2、結構動力學方程

　　瞬態動力學分析是用于確定承受任意的隨時間變化載荷的結構動力學響應的一種方法，其基本運動方程為

　　對流體和固體的耦合面，由于表面所受流體施加的剪應力量值非常小，且結構本身對剪應力反應不敏感，因此真空技術網(http://www.jnannai.com/)認為可以忽略剪應力影響，而只考慮垂直于表面的流體壓力作用。值得注意的是，流體阻尼包含在方程的右邊項中，不包括在阻尼矩陣C 中。

　　2.3、網格和邊界條件

　　蝶閥( 圖1) 數值計算時應對蝶閥區域進行延長。應用三維計算流體動力學(Computational FluidDynamics - CFD) 計算時，蝶閥前后延長段分別為5D 和10D( D———特征長度，取管道內徑) 。以蝶閥開啟45°進行計算。由于蝶閥的對稱性，只對計算區域的一半進行建模。網格采用ANSYS 軟件的自動網格，增加邊界層網格和蝶閥區域局部加密網格，并且在計算中自適應網格(圖2) 。流場計算的入口給定流速，出口給定壓力，中間面采用對稱邊界條件，管壁面和蝶板表面取無滑移邊界條件，其他采用Fluent 的默認值或推薦值。流固交界面為蝶板的表面，流場計算的壓力作為面載荷施加到蝶板表面。閥桿的兩端采用圓周固定邊界條件。

圖1 蝶閥

圖2 蝶閥流場計算網格

3、結語

　　將蝶板與閥桿連接處加厚，使蝶板最大變形降低了約13%，等效應力降低了約9%。流固耦合計算可發現原設計的弱點，并進行相應的改進，為閥門的設計優化提供了方便。