偏心半球閥流場數值模擬與分析
1 概述
    偏心半球閥以其開啟力小，關閉時能破除結垢障礙，流體阻力小等優點，得到廣泛的應用。在偏心半球閥試驗和使用過程中難以觀察流體在閥體內部流場的分布情況，對數據進行檢測難以實現，因此開展閥門流體流場的數值模擬分析，對設計和產品結構優化具有重要意義。本文運用Ansys軟件，對某氧化鋁企業使用的DN500半球閥在不同工況下進行了數值模擬分析。以流體在半球閥閥瓣不同開度下的流體分析為依據，改變閥瓣結構，實現半球閥的優化設計。
    2 流程分析
    2.1 控制方程
    假設半球閥內部流動介質為水。為了便于建立數學模型，對閥腔內流域做出假設。①假設流域為穩態不可壓縮非粘性流動過程。②假設液固界面為滑移邊界，即邊界處速度為0，且k=0，ε=0。
    2.2 數學模型
    閥腔內的流體流動是一個復雜的湍流流動過程，其重要特征是不規則性、耗散性、旋流性和擴散性。描述流體在閥腔內流動的數學模型為動量方程、連續性方程、質量守恒定律和能量守恒定律（式1～4）
    
    式中ρ———介質密度，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生項
    
    σk、σε ———與紊流動能和耗散率對應的Pr數