王偉波 ，郝嬌山 ，蔣永兵 ，廖 靜 ，周忠云

（1.重慶川儀自動(dòng)化股份有限公司 技術(shù)中心調(diào)節(jié)閥研究所，重慶 400707；2.重慶川儀調(diào)節(jié)閥有限公司，重慶 400707）

0 引言

現(xiàn)代化工廠的自動(dòng)控制中，核電、火電、石油和化工等領(lǐng)域均需要調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流體控制，其性能好壞直接影響著整個(gè)系統(tǒng)能否安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)和可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)。針對(duì)某些嚴(yán)苛工況下調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)的調(diào)節(jié)不穩(wěn)定及振動(dòng)等問(wèn)題，從閥門(mén)節(jié)流件自身考慮，通常情況下是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，在某些開(kāi)度下存在空行程或流量特性的畸變?cè)O(shè)計(jì)導(dǎo)致的。當(dāng)流體流經(jīng)此類(lèi)節(jié)流件時(shí)，會(huì)使介質(zhì)流態(tài)急劇變化，造成劇烈的渦流和紊流，液體同時(shí)也可能會(huì)產(chǎn)生空化和汽蝕。對(duì)閥門(mén)整機(jī)，當(dāng)流動(dòng)過(guò)程中的漩渦產(chǎn)生主導(dǎo)脫落頻率時(shí)，若該頻率與閥門(mén)固有頻率相等，則會(huì)發(fā)生渦激共振，否則當(dāng)流體產(chǎn)生的激振力頻率和閥門(mén)固有頻率相等時(shí)，會(huì)發(fā)生流激共振，這兩種情況均會(huì)使閥門(mén)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)和噪聲，甚至造成嚴(yán)重的事故［1-5］。另外對(duì)細(xì)長(zhǎng)閥桿組件，當(dāng)流體激振力頻率或漩渦主導(dǎo)脫落頻率與閥桿組件的軸向固有頻率相等時(shí)，會(huì)使其發(fā)生上下的竄動(dòng)，當(dāng)流體激振力頻率或漩渦主導(dǎo)脫落頻率與閥桿組件的周向固有頻率相等時(shí)，會(huì)使其發(fā)生卡塞［6］。因此為防止此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生，深入開(kāi)展調(diào)節(jié)閥節(jié)流件的正向設(shè)計(jì)方法研究意義重大。

在閥門(mén)振動(dòng)和調(diào)節(jié)性能的研究方面，馬玉山等［7-8］進(jìn)行了調(diào)節(jié)閥開(kāi)度與閥芯的振動(dòng)分析，以及流體不穩(wěn)定流動(dòng)對(duì)調(diào)節(jié)閥振動(dòng)的影響研究；TU等［9］通過(guò)仿真和試驗(yàn)的方法，對(duì)籠式套筒閥門(mén)進(jìn)行了流激共振研究；FAN等［10-11］基于計(jì)算流體力學(xué)方法，研究了壓力控制閥采用不同閥芯結(jié)構(gòu)時(shí)，其流量變化率、流場(chǎng)壓力、流場(chǎng)速度與閥門(mén)壓差之間的關(guān)系，并對(duì)不同壓差下閥芯內(nèi)壁和外壁的流體作用力進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，在不同的工作條件下合理選擇不同的閥芯結(jié)構(gòu)可以提高閥門(mén)內(nèi)部流場(chǎng)的穩(wěn)定性，能有效地改善閥門(mén)性能；OH等［12］通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真的方法，進(jìn)行了蝶閥后的孔板與閥門(mén)流量穩(wěn)定性控制的關(guān)系研究；WEI等［13］通過(guò)Fluent流體軟件對(duì)節(jié)流閥流道進(jìn)行了數(shù)值模擬，完成了其流道的流線特性分析和流量特性曲線研究；李樹(shù)勛等［14］通過(guò)仿真方法對(duì)動(dòng)態(tài)流量平衡閥的流量控制精度和流量精度誤差進(jìn)行了優(yōu)化，并搭建流量測(cè)試臺(tái)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明模擬和試驗(yàn)趨勢(shì)基本吻合；唐越等［15-18］對(duì)閥門(mén)流量特性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明合理選擇并設(shè)計(jì)節(jié)流件結(jié)構(gòu)對(duì)閥門(mén)整體性能和其安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。

本文以用于中低壓調(diào)節(jié)的窗口型套筒調(diào)節(jié)閥和用于中高壓調(diào)節(jié)的多孔式套筒調(diào)節(jié)閥為研究對(duì)象，開(kāi)展了其節(jié)流件的理論設(shè)計(jì)分析和閥門(mén)的流體仿真驗(yàn)證分析，對(duì)節(jié)流件的正向設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入研究。

1 理論設(shè)計(jì)分析

對(duì)調(diào)節(jié)閥節(jié)流件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮閥門(mén)流量的連續(xù)穩(wěn)定調(diào)節(jié)，即各開(kāi)度下不能存在空行程。另外需要考慮調(diào)節(jié)范圍及調(diào)節(jié)特性，即確定可調(diào)比的大小及流量和開(kāi)度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1.1 流量特性方程引入

根據(jù)調(diào)節(jié)閥工作需求，其固有調(diào)節(jié)特性一般有線性、等百分比、拋物線、快開(kāi)等多種。本文對(duì)調(diào)節(jié)閥實(shí)際工況下經(jīng)常使用的等百分比特性的節(jié)流件進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，流量特性方程如式（1）：

式中 Cvi——調(diào)節(jié)閥i開(kāi)度時(shí)的流量系數(shù)；

Cvmax——調(diào)節(jié)閥額定流量系數(shù)；

R ——調(diào)節(jié)閥可調(diào)比；

Li——調(diào)節(jié)閥開(kāi)度時(shí)的行程；

Lmax—— 調(diào)節(jié)閥額定行程，即100%開(kāi)度時(shí)的行程。

1.2 節(jié)流方程推導(dǎo)

根據(jù)文獻(xiàn)［19-21］可知，調(diào)節(jié)閥i開(kāi)度時(shí)的流量系數(shù)Kvi計(jì)算式如下：

式中 εi——調(diào)節(jié)閥i開(kāi)度時(shí)的阻力系數(shù)；

d1，di—— 調(diào)節(jié)閥入口直徑和最小節(jié)流處的當(dāng)量直徑，cm；

A1，Ai—— 調(diào)節(jié)閥入口流通面積和最小節(jié)流處的流通面積，cm2。

在調(diào)節(jié)閥行業(yè)，流量系數(shù)通常由Cvi表示，根據(jù)GB/T 17213的規(guī)定，將Kvi轉(zhuǎn)換為Cvi，表達(dá)式為：

聯(lián)立（2）～（4）可得調(diào)節(jié)閥i開(kāi)度時(shí)的節(jié)流方程：

1.3 節(jié)流件幾何方程建立

（1）窗口型套筒調(diào)節(jié)閥節(jié)流窗口方程。

對(duì)窗口型套筒調(diào)節(jié)閥，建立如圖1所示的窗口模型。其中，i+1開(kāi)度時(shí)的坐標(biāo)（xi+1，yi+1）對(duì)應(yīng)節(jié)流面積為 Ai+1，i開(kāi)度時(shí)的坐標(biāo)（xi，yi）對(duì)應(yīng)節(jié)流面積為Ai，ΔAi為其i開(kāi)度至i+1開(kāi)度的流通面積變化量，則有：

圖1 窗口型套筒調(diào)節(jié)閥節(jié)流窗口模型示意Fig.1 Schematic diagram of throttling window model for window-type sleeve regulating valve

（2）多孔式套筒調(diào)節(jié)閥節(jié)流套筒開(kāi)孔方程。

對(duì)多孔式套筒調(diào)節(jié)閥，建立如圖2所示的節(jié)流套筒模型，假設(shè)其i-1至i開(kāi)度時(shí)的流通面積變化量為A1'，且與之對(duì)應(yīng)的小孔個(gè)數(shù)為ni，小孔直徑為D1'，則有：

圖2 多孔式套筒調(diào)節(jié)閥套筒展開(kāi)模型示意Fig.2 Schematic diagram of the sleeve expansion model for the porous sleeve regulating valve

1.4 設(shè)計(jì)分析

（1）窗口型套筒調(diào)節(jié)閥節(jié)流窗口設(shè)計(jì)分析。

對(duì)窗口型套筒調(diào)節(jié)閥，考慮到能量損失及閥門(mén)形狀的差異等因素，式（5）加入修正系數(shù)αi（αi＞0，由仿真確定），則其i開(kāi)度時(shí)的節(jié)流方程如式（8）所示：

同理，其開(kāi)度i+1時(shí)的節(jié)流方程如下：

通過(guò)式（8）和式（9）則可確定其i開(kāi)度至i+1開(kāi)度的流通面積變化量ΔAi，公式如下：

在閥門(mén)進(jìn)口面積A1、額定流量系數(shù)Cvmax、可調(diào)比R和額定行程Lmax及α（α為各開(kāi)度修正系數(shù)的總稱(chēng)）確定時(shí)，聯(lián)立公式（1）（6）和（10），便可確定其等百分比節(jié)流窗口型線坐標(biāo)關(guān)系式。

（2）多孔式套筒調(diào)節(jié)閥節(jié)流套筒開(kāi)孔設(shè)計(jì)分析。

對(duì)多孔式套筒調(diào)節(jié)閥，考慮到能量損失及閥門(mén)形狀的差異等因素，式（5）加入修正系數(shù)βi（βi＞0，由仿真確定），使其表示為i開(kāi)度時(shí)的流通面積變化量，公式如下：

則在閥門(mén)進(jìn)口面積A1、額定流量系數(shù)Cvmax、可調(diào)比R和額定行程Lmax及β（β為各開(kāi)度修正系數(shù)的總稱(chēng)）確定時(shí)，給定各開(kāi)度小孔個(gè)數(shù)ni，聯(lián)立公式（1）（7）（11），便可確定其等百分比節(jié)流套筒在各開(kāi)度下的開(kāi)孔直徑。

2 節(jié)流件正向設(shè)計(jì)研究

2.1 修正系數(shù)確定分析

修正系數(shù)的大小決定了本文套筒調(diào)節(jié)閥節(jié)流件的設(shè)計(jì)精度，其確定方法如圖3所示。

圖3 修正系數(shù)確定原理Fig.3 Schematic diagram for determining the correction factor

2.2 窗口型套筒調(diào)節(jié)閥節(jié)流窗口設(shè)計(jì)研究

以DN200-Cvmax300的窗口型套筒調(diào)節(jié)閥節(jié)流套筒的等百分比窗口為例，進(jìn)行其正向設(shè)計(jì)分析?？烧{(diào)比R取50：1，額定行程Lmax取7.5 cm，修正系數(shù)α大小根據(jù)圖3進(jìn)行確定。根據(jù)已知參數(shù)，計(jì)算得到閥門(mén)進(jìn)口面積Ai=314 cm2，各開(kāi)度的理論流量系數(shù)Cv見(jiàn)表1。

表1 窗口型套筒調(diào)節(jié)閥各開(kāi)度的理論數(shù)據(jù)Tab.1 Theoretical Cv data for each opening of the window-type sleeve regulating valve

將α，A1，Cv代入式（11），便可確定各開(kāi)度下的流通面積變化量ΔAi，再將ΔAi代入式（7），可得到各開(kāi)度下窗口橫縱坐標(biāo)關(guān)系式。其中，各開(kāi)度下的縱坐標(biāo)大小根據(jù)調(diào)節(jié)閥實(shí)際開(kāi)啟高度確定。另外為防止因結(jié)構(gòu)突變可能引起的調(diào)節(jié)不穩(wěn)定及振動(dòng)等問(wèn)題，10%至100%開(kāi)度之間的坐標(biāo)點(diǎn)通過(guò)光滑曲線連接，進(jìn)而可完成該閥門(mén)節(jié)流套筒的等百分比窗口的設(shè)計(jì)。

DN200-Cvmax300窗口型套筒調(diào)節(jié)閥的節(jié)流套筒對(duì)稱(chēng)取4個(gè)窗口，其三維實(shí)體模型如圖4所示。

圖4 窗口型節(jié)流套筒三維實(shí)體模型Fig.4 Three-dimensional solid model of window-type throttling sleeve

2.3 多孔式套筒調(diào)節(jié)閥節(jié)流套筒設(shè)計(jì)研究

以DN250-Cvmax200的多孔式套筒調(diào)節(jié)閥等百分比節(jié)流套筒的開(kāi)孔為例，進(jìn)行其正向設(shè)計(jì)分析?？烧{(diào)比R取50：1，額定行程Lmax取10 cm，修正系數(shù)β大小根據(jù)圖3進(jìn)行確定。根據(jù)已知參數(shù)，計(jì)算得到閥門(mén)進(jìn)口面積A1=490.63 cm2，各開(kāi)度的理論流量系數(shù)Cv見(jiàn)表2。

表2 多孔式套筒調(diào)節(jié)閥各開(kāi)度的理論數(shù)據(jù)Tab.2 Theoretical Cv data for each opening of the porous sleeve regulating valve

將β，A1，Cv代入式（12），便可確定各開(kāi)度下的流通面積變化量A1'，再將A1'代入式（8），可得到各開(kāi)度下小孔個(gè)數(shù)和小孔直徑關(guān)系式。其中，各開(kāi)度下的小孔個(gè)數(shù)ni根據(jù)小孔加工難易程度及整體開(kāi)孔布局綜合考慮確定。另外各相鄰開(kāi)度之間小孔應(yīng)有所交叉，防止由空行程可能引發(fā)的調(diào)節(jié)不穩(wěn)定及振動(dòng)等問(wèn)題。進(jìn)而可完成該閥門(mén)節(jié)流套筒的等百分比開(kāi)孔的設(shè)計(jì)。

DN250-Cvmax200多孔式套筒調(diào)節(jié)閥的多孔式節(jié)流套筒三維實(shí)體模型如圖5所示。

圖5 多孔式節(jié)流套筒三維實(shí)體模型Fig.5 Three-dimensional solid model of porous throttling sleeve

3 流體仿真分析

3.1 流場(chǎng)仿真理論

因RNG k-ε湍流雙方程模型除修正了湍流黏度，還考慮了流體流動(dòng)中的旋轉(zhuǎn)情況以及時(shí)均應(yīng)變率，提高了模擬精度。故本套筒調(diào)節(jié)閥穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)計(jì)算中，基于連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程，采用該方程構(gòu)成封閉方程組，其理論方程如下。

式中 Gk—— 由平均速度梯度引起的湍動(dòng)能生成項(xiàng)；

ρ ——介質(zhì)密度；

μ ——介質(zhì)黏度。

3.2 參數(shù)設(shè)置

對(duì)套筒調(diào)節(jié)閥進(jìn)行三維定常流動(dòng)仿真模擬，介質(zhì)為液態(tài)常溫水；入口總壓500 kPa，出口靜壓400 kPa；壁面采用光滑、無(wú)滑移壁面邊界；收斂條件：連續(xù)性方程、動(dòng)量方程以及湍流方程的最大殘差值均小于1×10-4，能量方程的最大殘差值小于1×10-6；初始條件采用 Standard Initialization，以介質(zhì)入口作為計(jì)算的初始點(diǎn)；環(huán)境壓力設(shè)定為0 Pa，且考慮重力加速度對(duì)流體流動(dòng)的影響；Number of Iterations設(shè)置為2000。

3.3 流場(chǎng)模型建立及網(wǎng)格劃分

兩臺(tái)套筒調(diào)節(jié)閥的介質(zhì)流向均為高進(jìn)低出。根據(jù)GB/T 17213《工業(yè)過(guò)程控制閥 第2-3部分：流通能力 試驗(yàn)程序》對(duì)流量試驗(yàn)的要求，閥前管道長(zhǎng)度取2倍管道公稱(chēng)通徑，閥后管道長(zhǎng)度取6倍管道公稱(chēng)通徑。在ANSYS Fluent軟件中反向建模生成調(diào)節(jié)閥各開(kāi)度三維內(nèi)流道模型。為方便網(wǎng)格劃分，將模型進(jìn)行切割處理，并采用一半模型進(jìn)行計(jì)算，其中DN200-Cvmax300的窗口型套筒調(diào)節(jié)閥和DN250-Cvmax200的多孔式套筒調(diào)節(jié)閥全開(kāi)內(nèi)流道模型分別如圖6，7所示。

圖6 窗口型套筒調(diào)節(jié)閥三維流體域模型Fig.6 Three-dimensional fluid domain model of windowtype sleeve regulating valve

圖7 多孔式套筒調(diào)節(jié)閥三維流體域模型Fig.7 Three-dimensional fluid domain model of porous sleeve regulating valve

流道模型網(wǎng)格由ANSYS Meshing劃分生成，整體采用四面體/混合網(wǎng)格控制，尺寸較小的局部區(qū)域網(wǎng)格加密處理。以?xún)烧{(diào)節(jié)閥全開(kāi)模型為例，進(jìn)行流體域模型網(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)說(shuō)明。將穩(wěn)態(tài)模擬得到的出口流量及出口流體平均流速作為評(píng)判依據(jù)，兩閥門(mén)網(wǎng)格檢驗(yàn)數(shù)據(jù)分別見(jiàn)表3，4。

表3 窗口型套筒調(diào)節(jié)閥流體域網(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.3 Grid independence test data for fluid domain of window-type sleeve regulating valve

由表3知，網(wǎng)格數(shù)從526 512增大到807 528，再增大到1 002 364時(shí)，流量從減小0.8%到增大0.26%，速度從減小0.48%到減小0.13%。相比較而言，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)達(dá)到807 528以上時(shí)，流量及速度的變化可以忽略不計(jì)。

由表4可知，網(wǎng)格數(shù)從1 284 213增大到1 583 390，再增大到1 887 881時(shí)，流量從增大1.08%到減小0.25%，速度從增大0.98%到減小0.19%。相比較而言，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)達(dá)到1 583 390以上時(shí)，流量及速度的變化可以忽略不計(jì)。

表4 多孔式套筒調(diào)節(jié)閥流體域網(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.4 Grid independence test data for fluid domain of porous sleeve regulating valve

綜合考慮計(jì)算成本和模擬精度，以網(wǎng)格數(shù)為807 528的流道網(wǎng)格模型作為窗口型套筒調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的最終流場(chǎng)仿真模型，以網(wǎng)格數(shù)為1 583 390的流道網(wǎng)格模型作為多孔式套筒調(diào)節(jié)閥全開(kāi)時(shí)的最終流場(chǎng)仿真模型，分別如圖8，9所示。

圖8 窗口型套筒調(diào)節(jié)閥三維流體域網(wǎng)格模型Fig.8 Three-dimensional fluid domain grid model of window-type sleeve regulating valve

圖9 多孔式套筒調(diào)節(jié)閥三維流體域網(wǎng)格模型Fig.9 Three-dimensional fluid domain grid model of porous sleeve regulating valve

3.4 流體仿真分析

對(duì)DN200-Cvmax300的窗口型套筒調(diào)節(jié)閥和DN250-Cvmax200的多孔式套筒調(diào)節(jié)閥，分別以其20%，60%和100%開(kāi)度流場(chǎng)云圖為例，進(jìn)行流體流動(dòng)特性的分析說(shuō)明。窗口型套筒調(diào)節(jié)閥流場(chǎng)云圖如圖10～12所示。多孔式套筒調(diào)節(jié)閥流場(chǎng)云圖如圖13～15所示。

圖10 窗口型套筒調(diào)節(jié)閥20%開(kāi)度流場(chǎng)云圖Fig.10 Flow field nephogram of window-type sleeve regulating valve at 20% opening

圖11 窗口型套筒調(diào)節(jié)閥60%開(kāi)度流場(chǎng)云圖Fig.11 Flow field nephogram of window-type sleeve regulating valve at 60% opening

圖12 窗口型套筒調(diào)節(jié)閥100%開(kāi)度流場(chǎng)云圖Fig.12 Flow field nephogram of window-type sleeve regulating valve at 100% opening

圖13 多孔式套筒調(diào)節(jié)閥20%開(kāi)度流場(chǎng)云圖Fig.13 Flow field nephogram of porous sleeve regulating valve at 20% opening

由圖10～12可知，對(duì)窗口型套筒調(diào)節(jié)閥，隨開(kāi)度增大，閥門(mén)內(nèi)部渦核逐漸增多，即渦量密集區(qū)域逐漸增加，漩渦逐漸增多。各開(kāi)度閥門(mén)前后管道內(nèi)部流體流動(dòng)均較為平緩，閥門(mén)內(nèi)部流體流動(dòng)均較為紊亂；窗口附近的渦核區(qū)域均存在較大的介質(zhì)壓力，且均接近閥門(mén)入口壓力；渦核區(qū)域和橫截面上的最大的介質(zhì)流速均在窗口節(jié)流處，且20%開(kāi)度最大介質(zhì)流速均大于60%開(kāi)度和100%開(kāi)度的最大介質(zhì)流速。同一開(kāi)度，渦核區(qū)域和橫截面上的最大介質(zhì)流速較為接近，20%開(kāi)度分別為14.56，14.62 m/s，60% 開(kāi)度分別為 13.82，13.9 m/s，100%開(kāi)度分別為13.96，14.06 m/s。

圖14 多孔式套筒調(diào)節(jié)閥60%開(kāi)度流場(chǎng)云圖Fig.14 Flow field nephogram of porous sleeve regulating valve at 60% opening

圖15 多孔式套筒調(diào)節(jié)閥100%開(kāi)度流場(chǎng)云圖Fig.15 Flow field nephogram of porous sleeve regulating valve at 100% opening

由圖13～15可知，對(duì)多孔式套筒調(diào)節(jié)閥，隨開(kāi)度增大，閥門(mén)內(nèi)部渦核逐漸增多，即渦量密集區(qū)域逐漸增加，漩渦逐漸增多。各開(kāi)度閥門(mén)內(nèi)部的流體流動(dòng)均較為紊亂，閥門(mén)前后管道內(nèi)部流體流動(dòng)均相對(duì)平緩；各開(kāi)度節(jié)流小孔附近的渦核區(qū)域均存在較大的介質(zhì)壓力，且均接近閥門(mén)入口壓力；渦核區(qū)域和橫截面上的最大的介質(zhì)流速均在小孔節(jié)流處，且100%開(kāi)度最大介質(zhì)流速均大于20%開(kāi)度和60%開(kāi)度的最大介質(zhì)流速。同一開(kāi)度，渦核區(qū)域的最大介質(zhì)流速均大于橫截面上的最大介質(zhì)流速，20%開(kāi)度分別為13.48，12.79 m/s，60%開(kāi)度分別為13.47，11.96 m/s，100%開(kāi)度分別為15.51，14.88 m/s。

4 流量系數(shù)Cv及流量特性曲線分析

4.1 流量系數(shù)Cv分析

根據(jù)GB/T 17213《工業(yè)過(guò)程控制閥 第2-3部分：流通能力 試驗(yàn)程序》進(jìn)行流量系數(shù)的計(jì)算，具體公式如下：

式中 Q ——被測(cè)體積流量，m3/h；

Δp ——閥門(mén)上下游取壓口的壓力差，kPa；

ρ1——流體的密度，kg/m3；

ρ0——15.5 ℃時(shí)水的密度，ρ0=999 kg/m3；

N1——常數(shù)，N1=0.086 5。

通過(guò)仿真計(jì)算，得到DN200-Cvmax300的窗口型套筒調(diào)節(jié)閥和DN250-Cvmax200的多孔式套筒調(diào)節(jié)閥各開(kāi)度下的仿真流量系數(shù)及其與理論流量系數(shù)之間的相對(duì)誤差見(jiàn)表5。

表5 仿真Cv及其與理論Cv相對(duì)誤差Tab.5 Simulated Cv and its relative error to theoretical Cv

由表5可知，各開(kāi)度下，兩臺(tái)套筒調(diào)節(jié)閥仿真Cv與其理論Cv均較為接近；窗口型套筒調(diào)節(jié)閥仿真Cv和理論Cv相對(duì)誤差均在-2%～3%之間；多孔式套筒調(diào)節(jié)閥仿真Cv和理論Cv相對(duì)誤差均在-8%～6%之間。

4.2 流量特性曲線分析

根據(jù)DN200-Cvmax300窗口型套筒調(diào)節(jié)閥和DN250-Cvmax200多孔式套筒調(diào)節(jié)閥仿真Cv和理論Cv數(shù)據(jù)，繪制其仿真和理論的流量特性曲線，兩閥門(mén)流量特性曲線分別如圖16，17所示。

圖16 窗口型套筒調(diào)節(jié)閥流量特性曲線Fig.16 Flow characteristic curve of window type sleeve regulating valve

圖17 多孔式套筒調(diào)節(jié)閥流量特性曲線Fig.17 Flow characteristic curve of porous sleeve regulating valve

由圖16，17可知，兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥仿真流量特性曲線與理論流量特性曲線趨勢(shì)均高度吻合；窗口型套筒調(diào)節(jié)閥仿真流量特性曲線和理論流量特性曲線基本一致；多孔式套筒調(diào)節(jié)閥50%～90%開(kāi)度仿真流量特性曲線略低于理論流量特性曲線。

5 結(jié)論

（1）隨開(kāi)度增大，兩閥門(mén)內(nèi)部渦核均逐漸增加，漩渦逐漸增多，各開(kāi)度閥門(mén)內(nèi)部流體流動(dòng)均較為紊亂，閥后管道內(nèi)部的流體流動(dòng)均相對(duì)平緩。

（2）各開(kāi)度下，兩閥門(mén)渦核上的最大介質(zhì)壓力和最大介質(zhì)流速，以及橫截面上的最大介質(zhì)流速均出現(xiàn)在節(jié)流件及其附近局部區(qū)域。

（3）窗口型套筒調(diào)節(jié)閥各開(kāi)度下仿真Cv和理論Cv相對(duì)誤差均在-2%～3%之間，多孔式套筒調(diào)節(jié)閥各開(kāi)度下仿真Cv和理論Cv相對(duì)誤差均在-8%～6%之間，且兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥仿真流量特性曲線與理論流量特性曲線趨勢(shì)均高度吻合。

（4）仿真結(jié)果和理論結(jié)果一致，驗(yàn)證了調(diào)節(jié)閥節(jié)流件正向設(shè)計(jì)方法的正確性。下一步擬開(kāi)展實(shí)際工況下正向設(shè)計(jì)的節(jié)流件對(duì)調(diào)節(jié)閥內(nèi)流場(chǎng)的穩(wěn)定性和振動(dòng)特性的影響研究。