節流閥流量特性曲線(xiàn)求解方法

　　建立了節流閥整體有限元數字模型，分析了節流閥的流量特性，進(jìn)行了不同開(kāi)度下的流場(chǎng)網(wǎng)格劃分及邊界條件施加和求解，繪制了流量特性曲線(xiàn)，形成了關(guān)于節流閥流量特性求解的一般方法。

1、概述

　　節流閥是通過(guò)改變節流截面積控制流體流量的閥門(mén)，其主要由閥體、閥蓋、閥桿和閥瓣等零部件組成。閥門(mén)的節流元件閥瓣多為圓錐流線(xiàn)型，通過(guò)改變閥門(mén)的節流面積達到調節流量和壓力。隨著(zhù)有限元軟件的發(fā)展，為節流閥閥瓣節流面設計帶來(lái)了更精確的方法，同時(shí)通過(guò)有限元求解對閥門(mén)不同開(kāi)度下的流量進(jìn)行整合分析得到節流閥流量特性曲線(xiàn)，從而可以直觀(guān)的反應該閥門(mén)的流量調節性能，滿(mǎn)足客戶(hù)的使用要求。

2、流場(chǎng)分析

　　應用Solidworks軟件對節流閥進(jìn)行整體有限元數模建立，通過(guò)Solidworks Flowworks對節流閥進(jìn)行了不同開(kāi)度下的流量測定。

　　2.1、數學(xué)模型

　　在Solidworks軟件中，應用拉伸和旋轉等實(shí)體命令，建立實(shí)體模型，再應用裝配模塊對各零部件進(jìn)行裝配(圖1) 。

圖1 閥門(mén)數學(xué)模型

　　2.2、網(wǎng)格劃分

　　將建立的立體數學(xué)模型，導入到Solidworks Flowworks模塊中，對其進(jìn)行流場(chǎng)網(wǎng)格劃分，分別對節流閥閥瓣開(kāi)啟高度h 為4.5mm (圖2) 、9mm、13.5mm、18mm、22.5mm、27mm、31.5mm、36mm、40.5mm 和45mm 的節流閥流場(chǎng)網(wǎng)格劃分。

圖2 閥瓣開(kāi)啟4.5mm 時(shí)節流閥流場(chǎng)網(wǎng)格

　　2.3、邊界條件加載

　　邊界條件是確定分析初始狀態(tài)，設定內部流體為水，閥前設置流量為3m³/h，溫度為室溫，試驗壓力為6kPa。

　　2.4、求解

　　應用Solidworks Flowworks 求解器對節流閥不同開(kāi)度下的流場(chǎng)進(jìn)行求解，從分析結構可以發(fā)現，當開(kāi)度為4.5mm 時(shí)，閥瓣與閥座附近最大流速為14.5m/s，流量為0.399t/h，閥瓣與閥座局部流體阻力很大，閥后流速很小，真空技術(shù)網(wǎng)（http://likelearn.cn/）認為隨著(zhù)閥瓣開(kāi)啟高度的提高，閥后流速增加，流量增加，閥瓣與閥座局部阻力降低(圖3～圖7) 。

圖3 閥瓣開(kāi)啟高度為4. 5mm 的流場(chǎng)分布

圖4 閥瓣開(kāi)啟高度為9mm 的流場(chǎng)分布

圖5 閥瓣開(kāi)啟高度為22. 5mm 的流場(chǎng)分布

圖6 閥瓣開(kāi)啟高度為36mm 的流場(chǎng)分布

圖7 閥瓣開(kāi)啟高度為45mm 的流場(chǎng)分布

3、流量特性曲線(xiàn)

　　根據節流閥的流量調節情況，節流閥從全開(kāi)～全關(guān)閥瓣不同開(kāi)度下的流場(chǎng)分析結果可以求解出閥瓣節流后的流量及壓差(表1) 。根據計算數據繪制的流量特性曲線(xiàn)(圖8) 可以發(fā)現，該節流閥流量特性屬于等百分比調節。

表1 節流閥開(kāi)度和流量特性

圖8 流量特性曲線(xiàn)

4、結語(yǔ)

　　通過(guò)對節流閥流量特性曲線(xiàn)的有限元分析，確定了流量特性曲線(xiàn)的一般分析方法，為閥門(mén)優(yōu)化設計給出了改進(jìn)方向，大幅縮短了研發(fā)周期。