4　结果及分析

4.1　实现难易程度

第3节给出了两种网格方法的介绍，理论上，重叠网格法更有优势，操作步骤更简单，仅需设置区域运动规律即可。

4.2　计算耗时及收敛性

图7为两种网格处理方式下，计算累积耗时曲线的变化。需要说明的是，对于本算例，动网格法是12核并行计算，重叠网格法仅可单核计算。因此，这里需对两种方式下自身计算耗时的过程进行分析。

图7　计算耗时对比

重叠网格法计算时，按耗时曲线的斜率变化可大致分为4个阶段：①0～7.5s（θ=27°），曲线的斜率较大且恒定，该时间段内，每一时步是通过最大迭代步数的限制而结束当前时步，收敛残差尚不能达到10×10-4；②7.5～15.0s（θ=54°），曲线的斜率在7.5s时有所降低，并保持恒定，这说明之后每一时间步耗时有所减少，即每时步不用迭代最大步数即可收敛，其计算的收敛性有所提高；③15.0～25.0s（θ=90°），曲线的斜率在15.0s时进一步降低，并保持恒定，可见计算的收敛性及稳定性均有所提高；④25.0s后，由于阀板域不再转动，计算速度进一步加快。

动网格法计算时，按耗时曲线的斜率变化可大致分为3个阶段：①0～12.5s（θ=45°）；②12.5～25.0s；③25.0s后。计算的平均速度有两次提升，其中第2阶段是因计算收敛性及稳定性的提升，第3阶段是由于阀板边界不再转动，计算速度的加快。

综上所述，限于目前应用设置所限，从整体计算的耗时和计算收敛性的角度衡量，动网格法更具优势。

4.3　外特性

图8为两种处理方式下，蝶阀过流流量的计算结果。从图8中可见，在0～25.0s内，流量先快速增长，之后增长缓慢，流量的增长滞后于阀板转角的变化，在达到最大转角前，流量已基本趋于稳定。这与Cui等[4]在球阀开启过程中获得的流量增长趋势一致。两种网格处理方式结果趋势相同，但动网格计算的流量增长速率高于重叠网格。

图8　蝶阀过流流量变化

图9为两种处理方式下，蝶阀进出口瞬时边界条件，它与流场每一时间步的流量结果密切相关，由式（1）和式（2）建立。由于在计算时，对进出口压力的数值做了修正，故其压力值应该综合进出口的压差来看才能体现真实的情况。

因阀板为中心对称结构，其在全开（θ=90°）后，水力转矩[13]应为零。阀板水力转矩变化曲线如图10所示。由图10可见，两种处理方式下，曲线的变化趋势相同，呈现先增后减，且增加的速率比减少的快。转矩在5.0～8.0s之间出现最大值。动网格计算的转矩最大值高于重叠网格，且动网格计算的阀板转矩最大值的出现时间早于重叠网格。此外，在蝶阀开启初期，重叠网格计算的结果振荡较大，这与5.2节分析的收敛性结果一致。

图9　蝶阀进出口瞬时边界条件

图10　阀板水力转矩变化曲线

在所用软件中，因网格重叠不充分，可能会产生孤立单元[11]，这是计算中不希望的，有时也是很难避免的。经监测该计算所用重叠网格最多可能产生16个孤立单元，相比于总网格单元数，可能会有一点影响，但不会很大。此外，考虑瞬态计算的连续性，本文选择了湍流模型进行流场求解，根据计算中提示的最大黏度值的限制，这种处理对初期的流态可能不合适，再因Coupled求解格式的限制，在计算初期可能会出现较大误差。但当阀板转到一定角度（如7.5°）后，重叠网格的收敛速度、稳定性的优势才开始显现。不可否认，重叠网格在处理边界运动问题上具有一定应用前景。但从整个过程数据的稳定性来看，受目前应用设置所限，动网格法优于重叠网格法。

4.4　流场对比

图11为0°～90°阀板位置时，纵剖面上的流线图，是沿z轴正向（参见图6）观测的结果。由图11中可见，两种处理方式下，流场整体特征相似，在局部会有一定差异。具体的宏观特征为，在阀板转角为10°时，阀板后面，存在两个转动方向相反的旋涡，上下分布，上面的旋涡与阀板转动方向相反，下面的旋涡与阀板转动方向相同。随着阀板角度增大，至20°位置时，阀板后面上部的旋涡尺度增大，下部旋涡在管轴线方向被拉伸，在垂直方向上被压缩。至30°位置时，上部旋涡进一步增长，下部旋涡基本消失，整体上，阀板后面存在一个旋涡，其转动方向与阀板转动方向相反。至40°位置时，这个旋涡的尺度也在不断减小，至50°位置时，该旋涡也基本消失。流场中只是因阀板位置产生流线方向的改变，随着后期阀板角度继续增大，流线逐渐平顺。

图11　开启过程中阀板0°～90°位置时纵剖面流场演变过程（间隔10°）