蝶阀作为一种结构简单、易于操作、使用寿命较长的阀门,凭借着独特的结构和优异的性能,广泛应用于各种输送流体的管道系统中。对于蝶阀产品的性能研究,通常依靠于传统的阀门特性试验,不仅耗费人力资源,而且试验周期长、投入经费大,试验过程中不可控因素多。近年来发展迅速的计算流体动力学和有限元方法,为蝶阀的研发提供了新的思路和方法,通过数值模拟和有限元仿真,可以全面地观察蝶阀流场的流动状态、蝶阀密封接触面的受力情况,进一步指导产品的改进与优化。本文以某新型蝶阀产品为研究对象,借助CFD、CAE软件,对蝶阀的流场流动特性和密封特性展开研究,主要工作如下:(1)建立蝶阀流道有限元模型,结合Fluent软件对于蝶阀在不同开度下的定常流动进行数值模拟,得到蝶阀流场的流动可视化结果,包括整个流场以及蝶板附近等关键区域的压力分布、速度分布、流线轨迹分布等,分析蝶阀流场的结构特征和流动规律;(2)对流动仿真结果进行后处理,获得蝶阀的流量特性和流阻特性,与经验值进行对比,验证蝶阀流道有限元模型建立的合理性以及数值模拟应用于蝶阀流场仿真的可行性,对于蝶阀工作时调节开度的选择以及如何避免出现回流漩涡、振动和噪音等问题提出建议;(3)结合Fluent软件对于蝶阀在气、液两相流特殊工况下的流动进行数值模拟,分析了两相流动时蝶阀的流场结构特征和流动规律,进一步揭示了气液两相混合介质中气相分布率的改变对于蝶阀流动性能的影响;(4)结合蝶阀密封性能评价模型,计算密封性能特征参数,建立蝶阀主密封副结构的有限元模型,基于ANSYS Workbench软件对于蝶阀在不同介质载荷下双向流动时的接触密封特性进行了非线性有限元仿真,获得了蝶阀密封圈外环面上的接触压力分布、摩擦应力分布和密封圈变形量分布结果,分析接触面的受力情况;(5)对密封接触仿真结果进行后处理,重点研究了在不同介质载荷和流动方向下密封圈斜锥环面上接触压力、摩擦应力的变化规律,结合所建立的密封性能评价模型进行评估、预测,分析了密封面在处于介质双向流动工况下的受力特点,结合仿真结果和工程实际,对于如何提升密封性能提出了改进建议;(6)基于响应曲面优化分析方法,对于蝶阀密封部件进行结构参数优化设计,并且对改进后的主密封接触结构重新进行有限元仿真,对比改进前后的仿真结果可以发现,优化后的密封结构能够有效改善阀门密封性能,并且降低了零件体积和材料用量,对于企业减少生产成本具有重要意义。