研究物料流量调节阀的特点
——作者模拟了气动输送系统中物料流量调节阀的内部流场，研究为阀门的设计和性能优化以及气动输送系统控制装置的设置提供了依据。
1 调节阀模型和网格划分
图1为调速阀模型。考虑到阀内流动为面对称结构，建立三维轴对称模型，节约计算资源。
根据阀门的几何特性，提前局部细化了阀门内复杂的流道和节流口。网格划分见图2。在求解迭代过程中，以压力梯度和速度梯度为自适应函数，细化网格，有助于提高解决精度。
图1 调节阀模型
图2 调节阀网格
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2数值模拟
采用CFD该软件模拟了阀内流场，并给出了流场压力的轮廓图和速度矢量图的可视化结果，便于流道的改进。
2.1 仿真结果
为了研究阀门在不同工况下的特性，模拟计算了阀门在不同开度下以入口速度和出口压力为边界条件。
图3显示了不同流量输出时阀芯的进口压力。
图3
从图3可以看出，固定开口度时，随流量增加；进口压力增加。特别是开度小时，进口压力会急剧增加。此时，阀内节流口的最低压力将低于大气压力，气穴甚至气蚀会影响流体的流动连续性。在实际选择调节阀时，应避免此条件；当开度较大时，流量增加带来的压力变化逐渐减小。
阀芯的不平衡力直接关系到调节阀控制装置特性研究所需的参数和阀的性能特性，因此有必要研究调节阀的不平衡力。但由于阀芯在中间位置的不平衡力难以用公式表示，调节阀完全关闭时阀芯的静态不平衡力作为调节阀执行机构的设计依据一般不准确。调节阀的不平衡力是指直行阀芯受到流体的轴向合力。因此，沿阀芯表面积分配阀内流场压力是阀芯的轴向合力，即调节阀的不平衡力。
模拟阀内流场的场的数值，可以给出阀芯沿不同位置表面的压力分布，从而研究调节阀在不同位置的不平衡。图4显示了阀芯底部的压力分布。可以看出，当阀通过相同的流量时，开口度越大，不平衡力越小；当开口度保持不变时，阀芯底部压力随流量的增加而急剧增加，尤其是小开口度。由于节流口的作用，节流口附近的压力变化最为明显，阀中心位置的压力变化稍慢。
图4 阀芯底部的压力分布
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2.2 可视化分析
模拟计算阀内流场，可获得阀内流场任何位置的压力、速度等场量。空间有限，结合流场特点，给出代表性的可视化图。图5和图6分别为阀芯开度25mm、流场压力分布图和速度矢量图的阀轴对称面。
图5 阀轴对称面压力分布图
图6 阀轴对称面速度矢量图
如图5所示:在节流口，由于节流面积减小、流线收缩、速度增加、动能增加、压力降低，出口流道拐角处压力值很低，容易产生气穴，需要改进。
从图6可以看出，阀芯底部和阀出口角流道处出现漩涡，流量损耗大，流道优化需要考虑。
3 结束语
建模和模拟气动输送系统中的物料流量调节阀，得出阀内流场分布和阀芯不平衡力随开口度和工况的变化，为阀门的设计和性能优化以及气动输送系统控制装置的设置提供了依据。
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