調節(jié)閥在現(xiàn)代自動控制中起著非常重要的作用。流動液體、氣體或固體粉末的正確分配和控制都需要調節(jié)閥來完成。低壓氣動輸送裝置以鼓風機為動力源，風機在給料裝置前端，通過給料裝置連續(xù)均勻地給料，使粉末懸浮。在氣動輸送裝置中，通過調節(jié)閥控制物料流量，確定物料沉降速度和單位時間內輸送的物料質量，控制合理的輸送風速和混合比，是影響整個輸送系統(tǒng)輸送能力和效率的關鍵因素。

作者模擬了氣動輸送系統(tǒng)中物料流量調節(jié)閥的內部流場，研究為閥門的設計和性能優(yōu)化以及氣動輸送系統(tǒng)控制裝置的設置提供了依據。

1 調節(jié)閥模型和網格劃分

圖1為調速閥模型?？紤]到閥內流動為面對稱結構，建立三維軸對稱模型，節(jié)約計算資源。

根據閥門的幾何特性，提前局部細化了閥門內復雜的流道和節(jié)流口。網格劃分見圖2。在求解迭代過程中，以壓力梯度和速度梯度為自適應函數(shù)，細化網格，有助于提高解決精度。

圖1 調節(jié)閥模型

圖2 調節(jié)閥網格

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2數(shù)值模擬    

采用CFD該軟件模擬了閥內流場，并給出了流場壓力的輪廓圖和速度矢量圖的可視化結果，便于流道的改進。

2.1 仿真結果

為了研究閥門在不同工況下的特性，模擬計算了閥門在不同開度下以入口速度和出口壓力為邊界條件。

圖3顯示了不同流量輸出時閥芯的進口壓力。

圖3

從圖3可以看出，固定開口度時，隨流量增加；進口壓力增加。特別是開度小時，進口壓力會急劇增加。此時，閥內節(jié)流口的最低壓力將低于大氣壓力，氣穴甚至氣蝕會影響流體的流動連續(xù)性。在實際選擇調節(jié)閥時，應避免此條件；當開度較大時，流量增加帶來的壓力變化逐漸減小。

閥芯的不平衡力直接關系到調節(jié)閥控制裝置特性研究所需的參數(shù)和閥的性能特性，因此有必要研究調節(jié)閥的不平衡力。但由于閥芯在中間位置的不平衡力難以用公式表示，調節(jié)閥完全關閉時閥芯的靜態(tài)不平衡力作為調節(jié)閥執(zhí)行機構的設計依據一般不準確。調節(jié)閥的不平衡力是指直行閥芯受到流體的軸向合力。因此，沿閥芯表面積分配閥內流場壓力是閥芯的軸向合力，即調節(jié)閥的不平衡力。

模擬閥內流場的場的數(shù)值，可以給出閥芯沿不同位置表面的壓力分布，從而研究調節(jié)閥在不同位置的不平衡。圖4顯示了閥芯底部的壓力分布。可以看出，當閥通過相同的流量時，開口度越大，不平衡力越??；當開口度保持不變時，閥芯底部壓力隨流量的增加而急劇增加，尤其是小開口度。由于節(jié)流口的作用，節(jié)流口附近的壓力變化最為明顯，閥中心位置的壓力變化稍慢。

圖4 閥芯底部的壓力分布

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2.2 可視化分析

模擬計算閥內流場，可獲得閥內流場任何位置的壓力、速度等場量。空間有限，結合流場特點，給出代表性的可視化圖。圖5和圖6分別為閥芯開度25mm、流場壓力分布圖和速度矢量圖的閥軸對稱面。

圖5 閥軸對稱面壓力分布圖

圖6 閥軸對稱面速度矢量圖

如圖5所示:在節(jié)流口，由于節(jié)流面積減小、流線收縮、速度增加、動能增加、壓力降低，出口流道拐角處壓力值很低，容易產生氣穴，需要改進。

從圖6可以看出，閥芯底部和閥出口角流道處出現(xiàn)漩渦，流量損耗大，流道優(yōu)化需要考慮。

3 結束語

建模和模擬氣動輸送系統(tǒng)中的物料流量調節(jié)閥，得出閥內流場分布和閥芯不平衡力隨開口度和工況的變化，為閥門的設計和性能優(yōu)化以及氣動輸送系統(tǒng)控制裝置的設置提供了依據。