阀口形状对套筒调节阀调控特性的影响2

调节阀阀门厂家北方阀门集团技术部整理，流量系数

流量系数是表征阀门流量的重要参数。流量系数［1］可表示为：K = Q(ρ/ ∆p)1 2/ （3） 如图 4 所示，流量系数随着阀门开度的增加而增加。结果表明，椭圆形阀口套筒调节阀的流量系数在试验和数值模拟之间具有良好的一致性，也验证了 FLUENT 软件用于模拟阀门内部流动的可行性。V 形阀口的流量系数接近等百分比流量特性曲线。当阀门开度低于 80％时，扇形阀口阀门的流量系数接近线性流量特性曲线。在相同的开度下，流动横截面越大，流量系数越大，并且发现通过改变阀口的形状可以获得不同的流量特性曲线。

能量损失分析

阀口形状的变化会导致流量系数的变化，同时也会导致内部流动特性的变化。本文采用熵产率 EPR 分析阀门内部的能量损失。EPR 的值表示由回流引起的能量损失的大小。Deyou 等［14］提供了熵产方程。具体的熵产率可表示为：SD′′′ = G /T （4）

时均运动产生的熵产率可表示为：

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

图 5 显示了中间平面的熵产率的分布。EPR 值的对数可以直观地反映阀门内的能量损失。当流体流过阀腔时，流体冲击阀体，这将导致流动方向的急剧变化和能量损失的增加。高 EPR 区域位于阀口附近，这意味着在该位置产生最大的能量损失。V 形阀口 EPR 值最大，椭圆形阀口仅次之，开度为 20％扇形阀口的 EPR 值最小。随着阀门开度的增加，EPR 值减小，V 形阀口的最大 EPR 值大于半开状态下的其他阀门。在相同流动截面积的情况下，全开时不同阀口的 EPR 分布规律是相似的。

压力分布

创建一个水平通过阀口的的平面，命名为 α，以分析压力的变化。图 6 显示了α 平面的压力分布情况。可以观察到，阀瓣内的压力值明显高于其他区域。在一定流量下，流动截面积越小，阀瓣内部的压力值越大。当阀门开度处于 20％和半开时，V 形阀口的流动截面积最小，阀门内部的压力值高于其它阀口。椭圆形阀口和扇形阀口调节阀的压力分布在半开时相似，并且在左阀口壁附近存在高压区域。当完全打开时，不同阀口形状的的阀门有着基本相似压力分布。

速度分布

α 平面的速度分布如图 7 所示。阀口内的流速大于其他区域。当阀门开度处于20％和半开时， V 形阀口的出口速度大于其它阀口的出口速度。虽然具有 V 形阀口阀门的流量系数接近等百分比流量特性曲线，但是冲击阀门内部阀体的高速 内的速度随着阀门开度的增加而减小。当阀门全流动会加速阀门的损坏。在相同的流速下，阀口 开时，不同阀口阀门的速度都达到最大。

结束

本文研究了阀口形状对套筒调节阀调控特性的影响。通过改变阀口的形状获得不同的流动特性，与试验结果的比较，验证了仿真结果的正确性，V 形阀口和扇形阀口的流量系数分别接近等百分比流量特性曲线和线性流动特性曲线。结果表明，流量系数在一定程度上取决于流动横截面的大小，通过改变流动横截面可获得理想的流动特性曲线，流动横截面越小，阀门内部的速度越大，流体对阀门的影响就越大，本文的研究可为套筒调节阀的设计提供指导。