調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自動(dòng)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。隨著電子計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)(CFD)數(shù)值模擬的優(yōu)越性越來(lái)越明顯，我們運(yùn)用 CFD 通用軟件 FLUENT 對(duì)一種角式調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，通過(guò)一系列開(kāi)度下的流量模擬得到了該閥的流量特性曲線，并直觀地顯示出不同流向狀態(tài)下閥門流道內(nèi)部的速度壓力分布和漩渦分布情況，由此進(jìn)一步分析流向?qū)鞘秸{(diào)節(jié)閥流量特性的影響。
     1 角式調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)及網(wǎng)格劃分
     某一型號(hào)角式調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)剖視。它由閥桿、上閥蓋、閥芯、閥座和閥體等零部件構(gòu)成。閥體通道成直角，故稱為角式調(diào)節(jié)閥。它具有流通量大、自潔性好等優(yōu)點(diǎn)，適合閥前后壓差不大的高粘流體并要求直角配管的場(chǎng)合。所采用的角式調(diào)節(jié)閥公稱通徑為 25mm，公稱壓力 1.6MPa，理想流量特性為直線特性，額定流量系數(shù)為 15m2，閥芯行程 16mm，可調(diào)比 R=50。
     工程中，角式調(diào)節(jié)閥通常選擇流開(kāi)型(即底進(jìn)側(cè)出)流向。在進(jìn)口壓力為 1.6MPa，出口壓力為 1.5MPa 的條件下，該調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)對(duì)稱面上的壓力等值線和速度等值線如圖 4、圖 5 所示。從圖中可以看出，進(jìn)口的壓力和速度都比較均勻;當(dāng)水流通過(guò)閥芯與閥座之間的節(jié)流處時(shí)，由于流通面積突然減小，壓力減小，速度增大，并且靠近出口一側(cè)的節(jié)流處的速度要明顯大于另一側(cè)，即減壓增速效果明顯;水流通過(guò)節(jié)流處后流向出口，壓力和速度又趨向均勻。
     閥門開(kāi)度分別為 100% 和 30% 時(shí)流開(kāi)型流向的對(duì)稱面速度矢量見(jiàn)圖 6 和圖 7。從兩圖中可以看出，在閥腔中背對(duì)出口的一側(cè)，都產(chǎn)生了明顯的漩禍，這會(huì)產(chǎn)生較大的能量損耗，增大阻力系數(shù)。這說(shuō)明流開(kāi)型易在閥腔內(nèi)產(chǎn)生漩渦，造成能量損失。應(yīng)用 FLUENT 軟件對(duì)該閥門全開(kāi)流道模型進(jìn)行了流閉型流向的數(shù)值模擬，得到對(duì)稱面上的速度矢量如圖 8 所。從圖 8 可以看出，閥腔內(nèi)幾乎沒(méi)有漩渦，說(shuō)明流閉型流向可大大避免漩渦的產(chǎn)生，減少能耗。
     對(duì)不同開(kāi)度的流道模型進(jìn)行流閉型流向的數(shù)值模擬，得到各開(kāi)度下的流量系數(shù)見(jiàn)《表 1》。從表中可以看出，相同開(kāi)度下，流閉型比流開(kāi)型的流量系數(shù)明顯提高，全開(kāi)開(kāi)度時(shí)，流量系數(shù)提高了 15.3%。這是由于流閉型閥門流道內(nèi)沒(méi)有漩渦產(chǎn)生，減少了能量損耗，提高了流量系數(shù)。從表中還可以看出，隨著閥門開(kāi)度的減小，流量系數(shù)提高的百分比也隨之減小，10% 開(kāi)度時(shí)流量系數(shù)已不再提高。這是因?yàn)?，閥門大開(kāi)度時(shí)，流開(kāi)型流向漩渦處流體的速度大，則動(dòng)能大，損失的能量多，而流閉型流向幾乎沒(méi)有漩禍產(chǎn)生的能量損失，所以流量系數(shù)提高明顯。隨著閥門開(kāi)度的逐漸減小，流體速度減小，流開(kāi)型損失的能量也隨之減小，因而 2 種流向的流量系數(shù)逐漸趨于相等。
     2 種流向在不同開(kāi)度下的流量系數(shù)
     開(kāi)度 / %102030405060708090100
     流開(kāi)型 / m21.734.576.989.3611.2012.2413.1413.9714.6915.30
     流閉型 / m21.734.687.5610.0812.2413.5015.0515.8416.8117.64
     提高百分比 / %—2.408.307.709.3010.3014.5013.4014.4015.30
     3 結(jié)論
     (1)通過(guò)對(duì)閥門流量系數(shù)的理論計(jì)算和數(shù)值模擬，證明用計(jì)算流體力學(xué)軟件所得到的模擬結(jié)果與理論計(jì)算基本一致。這將有助于閥門的優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)省大量成本。
     (2)角式調(diào)節(jié)閥通常選用的流開(kāi)型流向會(huì)在閥腔內(nèi)產(chǎn)生漩渦，造成能量損耗。而流閉型流向可避免漩渦產(chǎn)生，減少能耗。
     (3)角式調(diào)節(jié)閥選擇流閉型可相對(duì)提高流量系數(shù)，尤其在閥門大開(kāi)度時(shí)，流量系數(shù)提高顯著。工程實(shí)際中，若閥門經(jīng)常處于較大開(kāi)度工作時(shí)，選擇流閉型的安裝流向，能更好地提高流量系數(shù)。
    

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