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對于大型輸水工程中的蝶閥來說城离，其主要特點在于口徑大、流量大泪确。為降低輸水過程中的能量損耗娜食，提高輸水效率，必須設(shè)法降低蝶閥的壓力損失敞峭，提高流量系數(shù)踊谋。

    1 計算模型

    1.1 幾何建模

    首先采用Solidworks軟件對蝶板進行了三維造型（見圖1）。蝶板底部直徑為3.4m旋讹。蝶板上部設(shè)計為拱形結(jié)構(gòu)殖蚕，拱形內(nèi)部設(shè)計有若干格柵以提高水的過流面積。拱形兩側(cè)各有一個凸臺用于安裝蝶板的轉(zhuǎn)軸骗村。

圖1 原型蝶板的三維造型

    初步分析認為嫌褪，拱形兩側(cè)的凸臺可能會引起流動的紊亂，因此將其改造成流線型胚股，其三維造型見圖2笼痛。

圖2 改進型蝶板的三維造型

    1.2 計算建模

    計算模型采用三維N-S方程及標準k-ε湍流模型。其主控制方程為：

    式（1）中琅拌，Q為守恒變矢量缨伊；f，g进宝，h分別為3個坐標方向的通量刻坊，分別表示為式（2）~式（5）：

    其中應(yīng)力項為第2頁式（6）枷恕。

    采用標準k-ε模型進行求解，具體方程見第2頁式（7）和式（8）易祖。式（7）和式（8）中G_k為湍流動能遵艰，ε為湍流動能耗散率，σ_k和σ_ε分別為k和ε的Prandtl數(shù)悍写，

        （6）

        （7）

        （8）

        （9）

    其中S為平均應(yīng)變速度張量的模量电摔，μ_t為湍流黏度，

        （10）

    模型中的各常數(shù)取值如下：

    C_1ε=1.44暴艘，C_2ε=1.92稀崔，C_μ=0.09，σ_k=1.0柬沾，σ_ε=1.3泉剔。（11）

    計算條件：流動入口速度5m/s，入口壓力100kPa住秉。

    2 計算結(jié)果及分析

    按閥前入口流速5m/s假却、入口壓力100kPa計算，采用動網(wǎng)格技術(shù)獲得了蝶板動態(tài)過程中的流場變化（見圖3）睹傻。

圖3 閥門開啟過程流態(tài)變化

    計算也給出了改進前后兩種蝶板在水平（即全開）狀態(tài)下的繞流流線圖和壓力云圖（見圖4像捶、圖5，第3頁圖6桩砰、圖7）拓春。從流線圖可以看出，原型閥門蝶板附近的流動比較紊亂亚隅，而改進后的流動則較為光順硼莽。反映到壓力上，從壓力云圖可以看出煮纵，改進前后的壓力梯度具有明顯不同懂鸵。原型蝶板在兩側(cè)凸臺和外側(cè)筋板上有明顯的壓力集中，容易造成結(jié)構(gòu)損壞行疏，而改進后蝶板的壓力分布則較為均勻匆光。

圖4 原型蝶板流線（速度量）

圖5 改進型蝶板流線（速度量）

圖6 原型蝶板壓力云（表壓）

圖7 改進型蝶板壓力云（表壓）

    從計算結(jié)果看，改進后的蝶板具有“大流量系數(shù)酿联、小壓力損失”的明顯優(yōu)點终息。

    更具有工程實際意義的數(shù)據(jù)是流量系數(shù)和壓力損失系數(shù)，本文的計算也分別給出了改進前后的相關(guān)結(jié)果（見表1）贞让。

表1 蝶板改進前后的壓力系數(shù)和流量系數(shù)

    從表1的計算結(jié)果可以看出艺滑，改進后蝶板的阻力降低約30%，壓差降低9%，壓力損失系數(shù)降低約9%跳犹，而流量系數(shù)則增加了5%塌卜。

    3 經(jīng)濟性分析

    該蝶閥閥板采用鑄造工藝成型。改進后材料費增加約5%玻冗，加工工藝沒有太大的變化启脉，總的制造成本略有增加。但改進后的閥門因具有流線形的兩側(cè)凸臺逐枢，其結(jié)合部位的應(yīng)力集中情況得到很大改善件牧，在大載荷工況下不易發(fā)生破壞，使得閥門故障率明顯降低潦博，壽命則明顯延長；而且降低了輸水過程中的能量損耗呀净，提高了工作效率竖怯。相比較而言，制造成本的增加*可以忽略不計好猪。