【續】閥口形狀對套筒調節閥調控特性的影響

流量系數

流量系數是表征閥門流量的重要參數。流量系數［1］可表示為：K = Q(ρ/ ?p)1 2/ （3） 如圖 4 所示，流量系數隨著閥門開度的增加而增加。結果表明，橢圓形閥口套筒調節閥的流量系數在試驗和數值模擬之間具有良好的一致性，也驗證了 FLUENT 軟件用于模擬閥門內部流動的可行性。V 形閥口的流量系數接近等百分比流量特性曲線。當閥門開度低于 80％時，扇形閥口閥門的流量系數接近線性流量特性曲線。在相同的開度下，流動橫截面越大，流量系數越大，并且發現通過改變閥口的形狀可以獲得不同的流量特性曲線。

能量損失分析

閥口形狀的變化會導致流量系數的變化，同時也會導致內部流動特性的變化。本文采用熵產率 EPR 分析閥門內部的能量損失。EPR 的值表示由回流引起的能量損失的大小。Deyou 等［14］提供了熵產方程。具體的熵產率可表示為：SD′′′ = G /T （4）

時均運動產生的熵產率可表示為：

SD′′′ = 2µTeff  ∂∂ux11  2 + ∂∂ux22 2 +  ∂∂ux33 2 + µTeff   ∂ ×  ∂ux12 + ∂∂xu21  2 +  ∂∂ux13 + ∂∂xu31 2 +   ∂∂ux32 + ∂∂ux23   SD′′′′ = βρεTk

圖 5 顯示了中間平面的熵產率的分布。EPR 值的對數可以直觀地反映閥門內的能量損失。當流體流過閥腔時，流體沖擊閥體，這將導致流動方向的急劇變化和能量損失的增加。高 EPR 區域位于閥口附近，這意味著在該位置產生最大的能量損失。V 形閥口 EPR 值最大，橢圓形閥口僅次之，開度為 20％扇形閥口的 EPR 值最小。隨著閥門開度的增加，EPR 值減小，V 形閥口的最大 EPR 值大于半開狀態下的其他閥門。在相同流動截面積的情況下，全開時不同閥口的 EPR 分布規律是相似的。

壓力分布

創建一個水平通過閥口的的平面，命名為 α，以分析壓力的變化。圖 6 顯示了α 平面的壓力分布情況。可以觀察到，閥瓣內的壓力值明顯高于其他區域。在一定流量下，流動截面積越小，閥瓣內部的壓力值越大。當閥門開度處于 20％和半開時，V 形閥口的流動截面積最小，閥門內部的壓力值高于其它閥口。橢圓形閥口和扇形閥口調節閥的壓力分布在半開時相似，并且在左閥口壁附近存在高壓區域。當完全打開時，不同閥口形狀的的閥門有著基本相似壓力分布。

速度分布

α 平面的速度分布如圖 7 所示。閥口內的流速大于其他區域。當閥門開度處于20％和半開時， V 形閥口的出口速度大于其它閥口的出口速度。雖然具有 V 形閥口閥門的流量系數接近等百分比流量特性曲線，但是沖擊閥門內部閥體的高速 內的速度隨著閥門開度的增加而減小。當閥門全流動會加速閥門的損壞。在相同的流速下，閥口 開時，不同閥口閥門的速度都達到最大。

結束

本文研究了閥口形狀對套筒調節閥調控特性的影響。通過改變閥口的形狀獲得不同的流動特性，與試驗結果的比較，驗證了仿真結果的正確性，V 形閥口和扇形閥口的流量系數分別接近等百分比流量特性曲線和線性流動特性曲線。結果表明，流量系數在一定程度上取決于流動橫截面的大小，通過改變流動橫截面可獲得理想的流動特性曲線，流動橫截面越小，閥門內部的速度越大，流體對閥門的影響就越大，本文的研究可為套筒調節閥的設計提供指導。