球阀瞬态关闭过程及水锤现象无网格法数值研究

摘要

针对传统网格法在模拟球阀瞬态关闭过程中存在的网格畸变、数值不稳定及交界面误差等问题，基于移动粒子半隐式法(MPS),提出了一种高精度、稳定压力进/出口边界模型，并对球阀的关闭过程进行了瞬态数值模拟，得到了球阀从全开至全关过程中进/出口压差、流量系数和流阻系数随开度的变化规律，结合不同开度下的速度场与压力场，揭示了流动分离、涡流生成及水锤现象等非定常流动机理。结果表明：阀门进/出口压差随着阀门开度的减小呈先增大后减小非线性趋势；流量系数在开度大于70°时变化平缓，开度小于70°后急剧下降；流阻系数在开度大于45°时变化缓慢，开度小于45°后显著升高；随着开度不断减小，出口和阀芯流道内形成漩涡并不断扩大，动能耗散加剧；阀前高压区与阀后低压区共存，阀芯内流体接近滞止导致静压堆积；关阀水锤压力表现出先增大后减小的变化趋势，随着关阀时间的延长，最大水锤压力逐渐降低。研究结果可为球阀的设计和优化提供一定的理论支持，对提升管道系统安全性与稳定性具有参考意义。

关键词

球阀 / 瞬态关闭过程 / 水锤现象 / 移动粒子半隐式法

基金资助

中国博士后科学基金资助项目(GZB20240596); 陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2025JC-YBQN-574); 光合基金A类项目(202407014748)