1 角式调节阀的结构及网格划分
某一型号角式调节阀的结构剖视。它由阀杆、上阀盖、阀芯、阀座和阀体等零部件构成。阀体通道成直角，故称为角式调节阀。它具有流通量大、自洁性好等优点，适合阀前后压差不大的高粘流体并要求直角配管的场合。所采用的角式调节阀公称通径为 25mm，公称压力 1.6MPa，理想流量特性为直线特性，额定流量系数为 15m2，阀芯行程 16mm，可调比 R=50。
工程中，角式调节阀通常选择流开型（即底进侧出）流向。在进口压力为 1.6MPa，出口压力为 1.5MPa 的条件下，该调节阀全开时对称面上的压力等值线和速度等值线如图 4、图 5 所示。从图中可以看出，进口的压力和速度都比较均匀；当水流通过阀芯与阀座之间的节流处时，由于流通面积突然减小，压力减小，速度增大，并且靠近出口一侧的节流处的速度要明显大于另一侧，即减压增**果明显；水流通过节流处后流向出口，压力和速度又趋向均匀。
阀门开度分别为 ** 和 30% 时流开型流向的对称面速度矢量见图 6 和图 7。从两图中可以看出，在阀腔中背对出口的一侧，都产生了明显的漩祸，这会产生较大的能量损耗，增大阻力系数。这说明流开型易在阀腔内产生漩涡，造成能量损失。应用 FLUENT 软件对该阀门全开流道模型进行了流闭型流向的数值模拟，得到对称面上的速度矢量如图 8 所。从图 8 可以看出，阀腔内几乎没有漩涡，说明流闭型流向可大大避免漩涡的产生，减少能耗。
对不同开度的流道模型进行流闭型流向的数值模拟，得到各开度下的流量系数见《表 1》。从表中可以看出，相同开度下，流闭型比流开型的流量系数明显提高，全开开度时，流量系数提高了 15.3%。这是由于流闭型阀门流道内没有漩涡产生，减少了能量损耗，提高了流量系数。从表中还可以看出，随着阀门开度的减小，流量系数提高的百分比也随之减小，10% 开度时流量系数已不再提高。这是因为，阀门大开度时，流开型流向漩涡处流体的速度大，则动能大，损失的能量多，而流闭型流向几乎没有漩祸产生的能量损失，所以流量系数提高明显。随着阀门开度的逐渐减小，流体速度减小，流开型损失的能量也随之减小，因而 2 种流向的流量系数逐渐趋于相等。
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2 种流向在不同开度下的流量系数 |
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开度 / % |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
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流开型 / m2 |
1.73 |
4.57 |
6.98 |
9.36 |
11.20 |
12.24 |
13.14 |
13.97 |
14.69 |
15.30 |
|
流闭型 / m2 |
1.73 |
4.68 |
7.56 |
10.08 |
12.24 |
13.50 |
15.05 |
15.84 |
16.81 |
17.64 |
|
提高百分比 / % |
— |
2.40 |
8.30 |
7.70 |
9.30 |
10.30 |
14.50 |
13.40 |
14.40 |
15.30 |
3 结论
（1）通过对阀门流量系数的理论计算和数值模拟，证明用计算流体力学软件所得到的模拟结果与理论计算基本一致。这将有助于阀门的优化设计，缩短设计周期，节省大量成本。
（2）角式调节阀通常选用的流开型流向会在阀腔内产生漩涡，造成能量损耗。而流闭型流向可避免漩涡产生，减少能耗。
（3）角式调节阀选择流闭型可相对提高流量系数，尤其在阀门大开度时，流量系数提高显着。工程实际中，若阀门经常处于较大开度工作时，选择流闭型的安装流向，能更好地提高流量系数。
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