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发布时间：2017/4/5 
浏览次数：797 不同压降下FESTO电磁阀流量系数的分析
FESTO电磁阀结构多种多样，内部结构复杂，而且FESTO电磁阀的类型和结构还在不断地变化和更新。因此以往的试验结果归纳总结出来的公式、系数只能适合几种常见类型，用来估算阀门内部的流动特性误差较大。随着计算机技术和数值计算的发展，运用计算流体动力学（CFD）对流体流动进行模拟仿真分析，已经成为一种普遍应用的工程分析技术。计算流体动力学的发展为人们很好地了解阀门内部流体的流动情况提供了很好的途径。
FESTO电磁阀结构
1 数学模型的建立
在流体运动中遵循三个zui基本的守恒方程，即守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。通过网格划分就可以把流体模型划分成多个控制体，对于每一个控制体运用流体运动的三个基本方程进行模拟计算和分析。
连续性方程的微分形式为：
连续性方程又称守恒方程，该方程可用于可压流动和不可压流动。
动量守恒方程为：
FESTO电磁阀运用三维建模软件建立调节阀的实体模型，通过布尔运算抽取调节阀及加长管道部分。为了更好更准确地模拟阀体内部流动情况，对阀出口管段进行加长，加长管道的长度大约为250mm（约为管道直径的5倍）。FESTO电磁阀开度为10%时流道的剖面实体模型。
FESTO电磁阀10%开度时流道剖面
FESTO电磁阀计算网格的划分
将FESTO电磁阀流道的三维实体模型导入（网格划分）软件中进行数值模拟计算的前处理。为了节省计算时间，建立流道模型的一半作为计算模型。为了提高计算精度和考虑数值计算对计算机的要求，在划分网格时采用非结构化的四面体网格。划分后的网格数大约为5万左右。设置边界条件为压力入口和压力出口，流道模型剖面设置为对称面边界。调节阀开度为10%的流道网格划分如。
FESTO电磁阀流道网格
3 数值计算与结果分析
3.1 边界条件设置
将处理后的网格文件导入Fluent分析模块，并进行边界条件和流体属性设置，选择合适的求解方程及模型。设置流体属性为ideal-gas，流体属性参数保持默认值。设置入口和出口压力，使得压差分别为0.4MPa、0.55MPa、0.66MPa、0.7MPa，并分别进行数值模拟计算。湍流模型选用Spalart-Allmaras湍流模型（S-A方程湍流模型）。S-A方程湍流模型常用于大梯度和近壁气体流动的数值模拟。不同开度和不同压差下的数值模拟计算结果如表1所示。
表1 不同开度和不同压差下数值模拟的流量系数值
3.2 流量系数的结果分析
从表1可以看出，在同一压差条件下，调节阀的流量系数随开度的增加而增大，开度越大调节阀流量系数也越大，当调节阀为全开状态时流量系数zui大。在同一开度条件下，调节阀的流量系数随着压差的增大而增大，进出口压差越FESTO电磁阀的流量系数也越大。从FESTO电磁阀可以看出，不同压差下调节阀流量特性曲线吻合较好，流量特性基本一致。在开度较小时，由于调节阀前后的压差作用，调节阀的流量会呈现快速增长的趋势，从而使得流量系数在小开度时增长较快。在开度较大时，FESTO电磁阀流量基本趋于稳定，流量系数的增长较慢缓。在开度小于60%时，调节阀的流量特性与等百分比流量特性趋势基本一致；在开度较大时，与等百分比流量特性相比，调节阀流量特性有下降趋势。
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