了解如何使用 Ansys Discovery 评估阀门性能，使工程师能够设计出更好的产品。
了解阀门
阀门是用于控制工业流程中流体（液体、气体或泥浆）流量的机械装置。它们在工业流程中的流量控制、管道中的压力调节、维护时的系统隔离、安全和超压保护以及液压和气动系统中的方向控制方面起着至关重要的作用。其类型和分类如下：
- 闸阀 (开/关控制，全径)
- 截止阀 (流量调节)
- 球阀 (快速开关，低压降)
- 蝶阀 (大口径应用)
- 单向阀 (防止回流)
- 泄压阀 (防止超压)
关键阀门组件有五个：
- 阀体.包含内部零件并连接管道的主要结构、
- 阀盖.可接触内部零件的盖子。
- 阀座。阀体内部的密封面，圆盘靠此关闭。
- 阀盘。通过压紧阀座控制流量的活动部件。
- 阀杆。传递运动以打开/关闭阀门的杆或轴。
性能
由于开启面积是可变的，因此摩擦损失取决于流经阀门的流量。通过测量压降 (Δp)和流量 (Q)，以及确定流体密度，实验测试提供了流量和流动阻力之间的不同相关性。 (r) 和当地重力加速度 (g).最重要的相关系数是压降、阻力系数 (z) 和流动系数 (Cv)：
其中 SG 是比重，等于 rg，以及速度 (V) 由连续性方程求得。提供的数据使用的是阀门的标准尺寸名称，而不是其确切的内部尺寸。这种做法简化了阀门的选择和不同制造商之间的比较，尽管它可能并不总是反映阀门的精确性能。然后将性能用表格或图表表示出来，如下所示（虚拟值）：
第一部分：探索模式下的模拟
阀门性能会受到各种因素的影响，而仿真提供了克服这些挑战的解决方案。主要挑战之一是准确预测不同工作条件下的阀门行为。通过模拟阀门内部的流动，工程师可以分析如何通过改变改进领域和优化阀门设计来最大限度地减少压降，从而实现高效可靠的运行。
在本例中，我们使用了 Ansys Discovery 2024R2。Ansys Discovery 是一款综合工具，可为建模、仿真设计探索和解决方案分析提供身临其境的交互式工作空间。它允许您使用直接建模技术创建和修改几何体、定义仿真并与结果进行实时交互。
说明
该域由上图第一幅所示的闸阀组成。首先在探索模式（第一部分）下进行模拟求解，然后在精炼模式（第二部分）下进行模拟求解。压降 vs 流速和阻力系数 vs 开度图是使用四个阀位、四个流速和 D= 51 毫米（2 英寸）阀门尺寸的数据绘制的。
- 入口：四个速度分别为 0.5、1.5、2.5、3.5 米/秒。
- 出口： 零静压，单位 Pa。
- 工作流体： 水，温度 20°C (68 F)。
- 温度： 模拟在给定温度下是等温的。
步骤
- 几何准备
通过创建不同的组件（文件夹）对树中的组件进行分组。在这里，有一个文件夹用于存放壳体、不同开启位置的阀杆/阀盘以及连接件。对于开启位置，根据您的几何形状，将有一个关闭阀门的总距离。在本例中，最小开度被定义为 10.4%，以便让水流通过阀门。
- 流体域
禁用并隐藏组件，如下图所示。 转到 “准备 “选项卡> “卷提取”。按照以下步骤操作1) 选择包围该区域的面，2) 选择位于卷内的面，3) 点击完成。右图显示的是剖面视图。这是将被不同阀杆/阀盘位置切割的流体域。我将体积重命名为 FluidDomain11。 - 模型设置
现在切换到探索模式。转到 “模拟 “选项卡> ‘流体流动’> Flow。选择 “入口 “和右端口，输入入口速度为 0.5 m/s，并将温度改为 20°C。重复上述过程，但这次要选择 “出口 “和左端口。输入压力和温度。按照步骤操作。在树上可以看到两种材料：固体为结构钢 S275N（默认），液体为结构钢 S275N。双击并确认液体已被选中。我更改了默认密度和粘度，使其与 20°C 时的数值一致。热属性的值为 23°C，因为这里没有使用，但如果是这样的话，请相应更改。此外，将初始温度改为 20°C，并启用重力。
我们需要 通过要模拟的阀杆/阀盘初始位置来切割流体域。这可以通过使用名为 “切割体 “的工具来实现：1) 右键单击流体域> “重叠体”> “设置为切割体”（这允许树上选中的实体在模拟过程中切割流体域），2) 右键单击体/部件，将其移除为切割体 3) 除了阀杆/圆盘位置 “Pos 4 (100%)”，因为它是唯一会切割流体域的体。
为了使仿真更容易运行，我们还可以用一开始确定的四个速度对入口进行参数化：1）单击树形图上的 “Flow Inlet 1″（流入口 1）并选择 “Parametrization（参数化）”按钮；2）打开参数化表；3）键入速度值；4）单击所示按钮；最后，5）更新所有设计点。在 Discovery 解决所有模拟问题的同时，您还可以做其他事情。
- 解决方案
您将看到每个模型在不同单位制下的速度、静压、总压、温度和漩涡 Lambda 2 的结果。在本演示中，我们将检查其中的前两项。下图显示的是与子午面对齐的 “方向场”。要获得这种可视化效果，请转到屏幕右下方的 “结果弧 “并选择第一个图标。在探索模式下，结果的准确性和模拟时间取决于保真度。参数表上的结果显示了相同保真度下的四组数值。在本演示中，我使用了三个保真度值来比较结果，结果如表 1 所示。下一张图片显示的是 Discovery 的最后一组结果和一般结果。上图为第 1 组中的 3.5 m/s。
现在您可以根据表 1 绘制 “压降 vs 流速 “曲线。每条入口速度的最小点和最大点之间都有两条连接线。如果使用其余的阀杆/阀盘位置（不同开口）作为切割体，并使用参数表重复相同的模拟程序，就可以轻松计算出阻力系数的范围。图表如下。阻力系数 主要优势 用户可以知道实际曲线的范围，但对每个模型的处理时间最多不超过 2 分钟。
阀门性能模拟的第一部分到此结束。在第二部分中，您将学习如何设置、求解和获取结果，以便在 “精炼模式 “下更精确地绘制相同的曲线图。文件可供下载。
