在所有工业应用或过程中，阀门几乎无处不在。从技术上讲，尽管类别很多，但阀门都是通过完全/部分阻塞或改变流体的路径来调节流体流量的。此动作由电动、气动、液压或机械调节已浸入流体中的运动部件（阀杆）来执行。

阀门的重要性以及它们所处的各种工况使得阀门设计非常关键而任务艰巨。本文列举了工程技术人员在阀门设计过程中常犯的5个错误。

1、没有使用FEM预测应力

阀门通常必须应对温度的剧烈变化或很高的压力水平，因此，阀门部件会承受不同程度的应力，从而缩短寿命，并可能导致裂纹、泄漏，甚至全部零件发生故障。

有限元（FEM）仿真为工程师们提供一个宝贵的工具，帮助他们在早期改进阀门设计，获得有关应力点位置和水平的建设性信息。虽然也可以手工计算这些应力区域，但在SimScale平台上运行有限元分析只需几分钟。

用SimScale进行仿真的阀门设计有限元分析

2、未利用CFD的优势改善流体流动

一旦开始考虑阀门的静态应力，接下来就要分析特定流体的运动动力学。要考虑的最重要的因素是摩擦和湍流造成的压力损失。

如果所设计的阀门产生强烈的流体分离或涡流区域，容易造成振动和噪音大幅增加，进而需要安装额外的泵或机械。

进行稳态或瞬态CFD仿真是改进阀门设计最快、最方便的方法。找到高压、低速区域以识别分离的流体，并相应修改CAD模型。

测量阀门设计中流体的流量（CFD）。高压、低速区域可以用蓝色识别。仿真软件：SimScale

3、忘记利用热仿真的优势

如果阀门暴露在高温或低温流体中，热仿真分析就特别有用。特别是高温液体或气体，会对材料造成更大的应力，降低工作效率，并通过热传导而损坏外部部件，如，熔化附近的塑料部件。

作为有限元分析的一种形式，在热仿真中，会给对象规定热负荷而不是压力或位移。利用SimScale的仿真技术，可以在任何原型之前进行热点、问题区域和导热模拟及可视化。

阀门设计的热分析，仿真软件：SimScale

4、系统中使用的阀门尺寸不当

在为液压或气动系统选择配件时，首先应确定所需阀门的尺寸。如果阀门尺寸太小，可能会面临系统阻力增加、压力损失和额外的应力，所有这些都会提高成本。但阀门尺寸过大、设计流量超过要求，就会造成低效。

理想的解决方案是专门针对特定工况设计一款阀门。目前为止，大多数工程师很难实现这一目标。测试资源有限、制作工作原型费时费钱、产品开发阶段时间压力大等，都降低了CFD仿真软件的使用。而易于使用、在云上仿真的SimScale软件不仅加快了产品开发速度，而且节省了资源和时间。

CFD分析可以确定阀门设计中的低压区域，仿真软件：SimScale

5.未考虑阀门设计中的关键情形

使用尺寸不当的阀门不仅会给使用带来不便，更关键的是引起阀门故障。水锤效应、高速扼流、气蚀和侵蚀都是设计长寿命优质阀门时应避免的因素。

水锤

强大的压力波通过管道系统时，会产生一种类似锤子敲击墙壁的噪音，即“水锤”。当运动中的流体因被迫停止或突然改变方向而影响其动能时，就会出现“水锤”。

如果管道系统中的阀门关闭过快或过于突然，则会产生压缩——吸气压力骤增。情况不太严重，会产生噪音或震动，否则，会导致管道完全坍塌。

高速扼流

在流体以高达音速的水平快速上升时，系统会发生扼流现象，造成的冲击波使流速减慢，并可能导致系统堵塞。扼流通常出现在气体系统中，经适当的气动分析应可避免。CFD作为理想的仿真工具，可以检查局部高速区域，并通过这些结果优化几何结构，从而改善扼流现象的发生。

气蚀——噪音、侵蚀和损坏

由于流体中压力相对较低的区域形成气泡或空穴，容易产生气蚀。这些空穴往下游移动时因内爆或坍塌，会产生冲击波，引发噪音、侵蚀，在某些情况下，还会造成重大损害。

尽管所有这些现象所涉及的物理过程极其复杂，而且很难完全消除，但用CFD仿真可以较为容易地降低其发生的概率。通过分析整个阀门的设计流量，识别低压和高速区域，可以快速优化和迭代阀门几何形状，将优化的设计转化为实体原型产品的生产。