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(yàn)和數(shù)值模擬之間具有良好的一致性,也驗(yàn)證了 FLUENT 軟件用于模擬閥門內(nèi)部流動(dòng)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(shí),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(dòng)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。
閥口形狀的變化會(huì)導(dǎo)致流量系數(shù)的變化,同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部流動(dòng)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)
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(shí),流體沖擊閥體,這將導(dǎo)致流動(dòng)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(dòng)截面積的情況下,全開時(shí)不同閥口的 EPR 分布規(guī)律是相似的。
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(dòng)特性,與試驗(yàn)結(jié)果的比較,驗(yàn)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(dòng)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(dòng)橫截面的大小,通過改變流動(dòng)橫截面可獲得理想的流動(dòng)特性曲線,流動(dòng)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(jì)提供指導(dǎo)。