论文标题：Numerical Investigation of Butterfly Valve Performance in Variable Valve Sizes, Positions and Flow Regimes

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-4362/5/2/10

期刊名：Journal of Nuclear Engineering

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/jne

在核能系统和工业热工过程中，阀门是保障设备稳定运行的关键部件，其中蝶阀因结构简单、流阻低、成本适中而被广泛应用。它在核电站的冷却回路、水汽输运系统中承担着调节流量、控制压降的重要任务。不同工况下蝶阀的性能差异会直接影响系统安全裕度和能效水平，因此开展系统化的性能评估至关重要。

美国新墨西哥大学核工程系的 Anutam Bairagi、Mingfu He 和 Minghui Chen 在 Journal of Nuclear Engineering 发表了题为《不同阀门尺寸、开度及流动工况下蝶阀性能的数值研究》的最新研究成果，对不同尺寸及开度蝶阀在多流动条件下的行为进行了全面的数值模拟分析。

研究过程与结果

该研究选取了三种公称直径的蝶阀（DN65、DN80、DN100），在六种典型开度（15°、30°、45°、60°、75°、90°）下，分别模拟水流和蒸汽流在不同雷诺数下的流动特性，覆盖从层流到湍流的完整范围。研究团队利用 STAR-CCM+ 搭建三维流场模型，并在阀板周围进行局部网格加密，通过网格独立性验证确保模拟结果可靠。

蝶阀几何模型横截面。 蝶阀阀板由中部向边缘逐渐变薄，并采用圆角设计，有助于减少流动分离和局部紊动。

模拟结果显示，蝶阀在不同开度下呈现明显的流动特征差异：

•小开度（15°–30°）：流体被压缩通过狭窄通道，形成高速喷射区，上下游压差大，阻力系数显著升高。

•中等开度（45°–60°）：高速区集中在阀板下游，流动逐渐平稳，是性能变化最敏感且最适合调节的工况区间。

•大开度（75°–90°）：流体基本不受阻碍，压降显著降低，涡流消失，流量系数达到最大值。

研究还比较了水流与蒸汽在相同阀门条件下的差异。蒸汽因密度更低，流速更快，湍流程度更高，因此在大开度下更易出现噪声与振动，但其整体流通能力高于水流。

此外，研究利用阻力系数（K）与流量系数（Kv）的关系，建立了不同尺寸、不同工况下蝶阀的性能数据库，为未来自动化阀门调节策略（如累积控制或分程控制）提供基础数据支持。

研究总结

本研究系统评估了不同尺寸与开度蝶阀在多种流动条件下的流体力学性能，指出蝶阀在 30°–90°开度范围内性能最优，兼具较高流通能力与较低能量损失。研究所得的数据可为核电站及工业流体系统的阀门选型、布置设计和自动控制提供重要参考。

未来研究可拓展至更复杂的阀门网络模拟，为核电厂水力回路的智能化、自动化控制奠定技术基础。该成果不仅完善了蝶阀性能数据库，也将推动核能系统向更安全、更高效方向发展。

Journal of Nuclear Engineering期刊介绍

主编：Dan Gabriel Cacuci，University of South Carolina， USA

期刊创刊于2020年, 最新Impact Factor 1.2，CiteScore 2.6，是一本国际开放获取期刊，发表同行评审的论文。期刊涵盖了与核和辐射过程的科学和应用相关的原创研究、想法和进展。发文类型包括original research papers, reviews, communications, brief reports, opinions, technical notes, editorials等。

截至目前，Journal of Nuclear Engineering期刊已被Scopus, ESCI (Web of Science), EBSCO等数据库收录。