从内燃机到人类的心脏，阀门在许多系统中发挥调节流体流动的作用。如果你想要列出每一种类型的阀门，你可能会从球阀、环阀、簧片阀、平板阀、活塞阀、闸阀、蝶阀、止回阀、心脏瓣膜等开始，有一个很长的名单。也许更简单的是记住它们共有的一个特点，那就是使用CONVERGE模拟阀门是最简单直接的。

模拟复杂几何体

CONVERGE提供了自主化网格生成功能，专为复杂的移动几何体而设计。无论你的阀门是一个重型弹簧加载的盘片还是一个灵活的簧片，CONVERGE在执行计算时自动生成一套笛卡尔网格，精确地在阀门边界处切割，并产生一个数值稳定的解决方案。当阀门在运动时，CONVERGE在每个时间步长重新生成近边界网格，从而在不变形或扭曲网格的情况下考虑移动边界。

因为CONVERGE的网格生成方法是无需预知几何体且完全自动化的，你可以轻松探索设计变化的影响，而无需调整模板或为每个设计创建新的网格。执行不同阀门配置的模拟也很容易——例如，改变节流阀的位置只需要对你的输入文件进行微小的更改。

求解阀门流动

对于某些应用场景，通常需要在阀门表面周围使用边界层网格。边界层网格是由用户定义的网格，通过沿着垂直于阀门边界的方向拉伸出三角化表面来创建。CONVERGE在阀门附近使用边界层网格，并在其余域中使用自动生成的切割单元笛卡尔网格。当流动在垂直于表面的方向上的梯度比其他方向强得多时，边界层网格可以比切割单元笛卡尔网格用更少的单元提供准确的结果。

在不同长度尺度上高效负载平衡

CONVERGE的自主网格化特性对于创建比整个域的长度尺度小得多的阀门间隙处网格特别有用。例如，天然气直喷发动机喷油器中提升阀的间隙可能比发动机孔径小几个数量级。同样，在内部喷油器流动的模拟中，当阀门（或“针阀”）打开或关闭时周围的间隙可能比注入燃料的腔室直径小得多。从CONVERGE 3.0开始，你可以使用网格策略来解决这些微小的间隙，而不需要任何负载平衡的权衡。CONVERGE采用基于网格单元的负载平衡，并在不同处理器或核之间均匀分布。因此，单核配置单元数量在大范围内的仿真计算中都能表现出优秀的并行扩展性。

生成Flowbench数据

Flowbench实验通常被发动机设计师用来研究进气口的气流，几乎是分析阀门周围流体动力学的最简单方法。Flowbench测量包括不同进气阀提升和旋流板位置的稳态值。使用CONVERGE的稳态求解器，你可以运行高效的模拟来计算常见的Flowbench量，如质量流量、流量系数和旋流。调整进气阀提升或旋转旋流板就像编辑一个输入文件一样简单。为了确保准确的结果，可以使用AMR来解决整个域中的复杂流动特征，并结合阀门表面的边界层网格。

定义阀门运动

对于某些应用，如内燃机，机械的外部组件驱动阀门运动。在CONVERGE中模拟这种运动，用户指定阀门何时打开和关闭，并提供一个阀门提升曲线来确定每个时间步长阀门的位置。CONVERGE始终保持阀口和阀门之间的有限间隙，使用虚拟边界在阀门关闭时切断流动。这种方法不会像其他方法那样用微小的单元填充间隙从而增加不必要的计算量。

理解空化

当液体中的压力突然下降时，空化就会发生，形成蒸汽口袋。这些口袋在压力上升时崩溃，以压缩波的形式释放能量。在具有液体流动的设备中，如泵和燃油喷射器，当液体流过设备内的阀门时，空化可能会在局部低压区域发生。了解空化是如何诱导或抑制的对于最小化对阀门和其他附近部件的损害很重要。在燃油喷射应用中，优化燃油-空气混合也很重要。CONVERGE提供了强大的多相流建模能力，包括内置的空化模型，因此你可以识别空化可能发生的条件，并相应地调整你的设计。

建立流动驱动阀门运动模型

对于受流体力驱动开合阀门，仅仅模拟流体是不够的，还必须考虑流体和阀门之间的相互作用。一个准确的流固耦合（FSI）模型可以帮助预测对整体性能至关重要的指标量，如阀门提升、质量流量和内部腔室压力。它还可以帮助预测阀门上的应力，优化设计避免过度磨损。

CONVERGE提供了多个FSI模型，具有不同程度的复杂性：

• 刚体FSI模型适用于受到流体力不改变形状的阀门，如球阀、环阀和平板阀。

• 梁挠度模型，捕捉可以近似为一维的对象的变形和运动，是簧片阀模拟的好选择。

• 通用FSI模型需要与Abaqus或GT-SUITE有限元分析（FEA）求解器进行完全耦合的联合仿真。该方法将阀门视为一个可变形的三维对象。

考虑油粘滞力

在油浸式压缩机等设备中，阀门表面上的油膜施加了一个粘滞力，这是对FSI模型计算出的力的一个不可忽视的修正。考虑粘滞力的最严格方法是将FSI模型与CONVERGE的体积流（VOF）模型结合使用，该模型在整个域中求解油的质量分数。如果你的应用成本太高，CONVERGE还可以结合一个经验模型来考虑粘滞力。