0　引言

蝶阀因结构紧凑、安装方便、造价低等优点，在大管径有压输水系统中得到广泛应用[1-2]。对离心泵站输水系统而言，蝶阀开启过程是泵站启动运行的必经阶段，常发生于离心泵关阀启动之后[3]。该过程中，阀板转角θ（图1）从0°逐渐增大到90°，蝶阀的过流流量将从零逐渐增加直至稳定，属于变压差驱动下的变截面的瞬变流动，且对系统运行的稳定性和安全性具有重要影响[4]。

现有阀门瞬态特性的研究，大多是对管网系统进行的一维水锤分析，阀门仅作为其中的一个元件[5]，并假定其稳态特性下的开度流阻曲线可体现瞬态特性[6]。但该方法不能给出阀门内部流动的详细信息，而这些信息对阀门结构改进和优化设计是至关重要的[7]。此外，已有研究表明，其瞬态条件下的开度流阻特性，与稳态差异较大[4]。因此，基于三维数值模拟方法研究阀门瞬态流场特性十分必要。

开启过程中阀板需按预定的规律在流场中做旋转运动，且转动角度较大，是数值模拟的一个难点。ANAYS Fluent作为一款商用CFD软件，针对流场中包含边界运动的问题，提供了两种网格处理方式，即动网格法和重叠网格法。鉴于阀板的运动方式，若采用动网格法，则动网格区域必须采用四面体网格，且必须通过网格重构和网格光顺算法来实现网格更新。动网格的主要缺点是网格变形和网格重构带来的网格质量恶化问题。为提高边界运动过程中的网格质量，Wang等[8]把包含阀板的一个较小的球形区域作为转动区域，和上下游管路通过凹凸型交界面连接，是一种滑移网格处理模式，显然这种方法更适用于处理球阀的转动[4]。Nicolle等[9]在处理导叶运动时，通过替换高质量的网格来实现，但该过程烦琐耗时。而重叠网格法[10]在处理边界运动问题时，如ANSYS Fluent中可通过指定包含运动边界的区域的运动，并通过背景网格的挖洞处理，获得新位置下的计算单元网格，可以较好地保证网格质量，但需要保证网格充分重叠。商用软件ANAYS Fluent在17.0版本后，增加了重叠网格法，但该方法在求解方法及湍流模型上，目前受到一定限制，如速度-压力的耦合计算只能采用Coupled算法，k-ε系列湍流模型只支持标准型的[11]。

本文对一个简易蝶阀的开启过程，采用动网格法和重叠网格法进行了三维数值模拟。给出了两种网格处理方式下计算结果的对比及流场的主要演化特征。该研究可为阀门开启过程数值模拟时，阀板运动的处理方式以及流场演化特征提供一定参考。