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了解閥門在一系列運行條件下如何工作，對于表征閥門的整體性能至關重要。業界已制定出行業標準，如Cv，來規范對閥門性能的評估。

Cv是一個相對值，是指在單位時間內，用于測量在既定壓力增加值下通過閥門的流量。Cv越大，在規定壓降下，閥門通過的流量就越大。借助Cv，設計工程師可以快速比較不同型號或品牌的閥門，并找到最合用的閥門。

什么是截止閥

截止閥通過球形塞的垂直線性運動來調節流量。截止閥由閥體、閥桿、閥塞（即“閥球”）和閥蓋組成。主要用于調節腐蝕性或高粘度流體。其固有的形狀特征使得當閥門完全關閉時，大部分流體從排放側排出，從而最大程度地減少了發生腐蝕或閥門堵塞的可能性。

截止閥的部件

預測截止閥內的壓降

本案例用于仿真的幾何結構取自GrabCAD標準截止閥，流體在模型內從左向右流動，如下圖所示。CFD仿真回答了兩個問題：給定壓降下的最終流量是多少？它是如何根據旋塞的位置變化的？此外，還可以監測旋塞上的流體作用力，以評估結構性能。

本案例中的截止閥CAD模型

對于給定的CAD模型，其流體域尚未確定。下一步，需要根據當前幾何體提取流量。這可以在SimScale平臺中自動完成。

如下圖所示，所得形體為閥門幾何形狀的負形。在做仿真準備時，增加了一個入口和出口管道延伸段，以獲得足夠的入口長度使流體充分流動。

閥門幾何形狀的負形

截止閥設計優化：

仿真的最終目標

仿真的目的是計算流量系數。作為行業標準，流量系數描述了在給定壓降下通過孔板、閥門或其它組件的流量。這個方程式中用加侖/分鐘表示流量單位，用磅/平方英寸表示壓力。比重通常設置為1，即水的比重。標準仿真參數設置包括規定穿過閥門的壓降為1psi，然后運行CFD仿真以評估流速。

開始行動：閥門仿真參數設置

規定入口處的壓力邊界條件為1Psi，出口處的壓力邊界條件為0。在6個不同的旋塞位置（1、2、4、6、8和10mm）進行仿真流量計算。在32核機器上同時運行6個仿真，與傳統桌面CFD軟件相比，極大地改善了周轉時間。

使用了六邊形主導自動網格，一般細度設置為中等。為了提高結果的準確性，還添加了特征細化、表面細化、區域細化和壁面層等，以進一步增強網格。

閥門網格

CFD仿真：

截止閥的不可壓縮分析

然后將幾何圖形上傳到SimScale平臺，并選擇當流體速度遠小于馬赫數時進行不可壓縮流動仿真。采用SSTk-Ω湍流模型，以穩態方式進行分析。水被分配給單個CAD實體。該仿真使用32計算核運行了1000秒（或迭代）。

截止閥壓降：結果分析

與預期的一樣，最高速度出現在旋塞壁和閥座之間。一個不直觀的發現是旋塞左側的速度射流。它不是按照平行于旋塞/外殼壁的方式向外噴射，而是朝垂直方向直噴。這與旋塞右側形成對比，后者具有更可預測的速度射流。這可以通過橫截面上顯示速度大小的剖面來表示。

通過閥門橫截面顯示速度大小的后處理圖像 （來源：SimScale）

上圖顯示了不同閥塞位置開口處旋塞上的作用力。截止閥的位置與力的關系曲線難以預測，很難判斷最大作用力可能出現在哪里。如上圖所示，截止閥旋塞在打開2mm時承受最大力。