流量系數(shù)

流量系數(shù)是表征閥門流量的重要參數(shù)。流量系數(shù)［1］可表示為：K = Q(ρ/ ?p)1 2/ （3） 如圖 4 所示，流量系數(shù)隨著閥門開度的增加而增加。結(jié)果表明，橢圓形閥口套筒調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)在試驗和數(shù)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(nèi)部流動的可行性。V 形閥口的流量系數(shù)接近等百分比流量特性曲線。當(dāng)閥門開度低于 80％時，扇形閥口閥門的流量系數(shù)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(shù)越大，并且發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致流量系數(shù)的變化，同時也會導(dǎo)致內(nèi)部流動特性的變化。本文采用熵產(chǎn)率 EPR 分析閥門內(nèi)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(chǎn)方程。具體的熵產(chǎn)率可表示為：SD′′′ = G /T （4）

時均運動產(chǎn)生的熵產(chǎn)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(chǎn)率的分布。EPR 值的對數(shù)可以直觀地反映閥門內(nèi)的能量損失。當(dāng)流體流過閥腔時，流體沖擊閥體，這將導(dǎo)致流動方向的急劇變化和能量損失的增加。高 EPR 區(qū)域位于閥口附近，這意味著在該位置產(chǎn)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(tài)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(guī)律是相似的。

壓力分布

創(chuàng)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(nèi)的壓力值明顯高于其他區(qū)域。在一定流量下，流動截面積越小，閥瓣內(nèi)部的壓力值越大。當(dāng)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(nèi)部的壓力值高于其它閥口。橢圓形閥口和扇形閥口調(diào)節(jié)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(qū)域。當(dāng)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(nèi)的流速大于其他區(qū)域。當(dāng)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(shù)接近等百分比流量特性曲線，但是沖擊閥門內(nèi)部閥體的高速 內(nèi)的速度隨著閥門開度的增加而減小。當(dāng)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(dá)到最大。

結(jié)束

本文研究了閥口形狀對套筒調(diào)節(jié)閥調(diào)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(jié)果的比較，驗證了仿真結(jié)果的正確性，V 形閥口和扇形閥口的流量系數(shù)分別接近等百分比流量特性曲線和線性流動特性曲線。結(jié)果表明，流量系數(shù)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(nèi)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(diào)節(jié)閥的設(shè)計提供指導(dǎo)。