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圖1展示了不同啟閉時間下,實驗流量隨開度的變化規(guī)律。從圖中可以看出,開啟過程流量變化規(guī)律與關(guān)閉過程存在明顯差別。對于開啟過程,在20%閥門開度以下,流量變化很小;而在20%開度以上,流量隨著開度的增加而明顯增加。對于關(guān)閉過程,在80%閥門開度以上,流量變化很小;而在80%閥門開度以下,流量隨著閥門開度的減小而明顯下降。其原因是:閥門剛開啟或者關(guān)閉時,開度突然變化,而由于慣性的存在,流體的流動沒有及時發(fā)生相應(yīng)改變。隨著啟閉時間的增加,流體的這種滯后現(xiàn)象逐漸消失。
球閥實驗流量隨開度的變化規(guī)律
同時可以發(fā)現(xiàn),相同開度下,開啟過程的流量始終比關(guān)閉過程流量要小;而隨著啟閉時間的延長,球閥啟閉過程的差異性逐漸減小,當(dāng)啟閉時間為70s時,閥門開啟和關(guān)閉過程的趨勢基本保持一致,并且接近穩(wěn)態(tài)工況的流量曲線。
圖2所示是啟閉時間為18s、34s、70s和穩(wěn)態(tài)工況下閥門的進出口壓力變化曲線圖。從圖中可以看出,閥門啟閉過程的進口壓力變化較大,而出口壓力變化較小。通過不同啟閉時間的結(jié)果對比,發(fā)現(xiàn)隨著啟閉時間的增大,閥門開啟過程的進口壓力與關(guān)閉過程的進口壓力基本一致,說明在一定啟閉時間內(nèi),閥門進出口壓力變化與啟閉時間無關(guān)。
不同啟閉工況下球閥進出口壓力變化
從圖中還可以明顯觀察到開啟過程和關(guān)閉過程出口壓力變化規(guī)律存在明顯差別。對于閥門開啟過程,在60%~70%開度之間存在明顯的壓降;但是對于關(guān)閉過程,壓力陡降區(qū)域則在20%~30%開度范圍內(nèi)。其原因可能是閥門開啟過程,流速在60%~70%開度范圍內(nèi)增加幅度較大,動能增大導(dǎo)致了靜壓明顯下降;而關(guān)閉過程,流速在20%~30%開度范圍內(nèi)降低幅度較大,動能減小導(dǎo)致靜壓明顯上升。
閥門的流量系數(shù)和阻力系數(shù)是其流阻特性的外在表現(xiàn),因此,提取了球閥啟閉過程的流量系數(shù)和阻力系數(shù)進行對比分析。
不同開啟工況球閥流量系數(shù)變化規(guī)律
圖3所示為不同開啟工況球閥流量系數(shù)變化規(guī)律。從圖中可以發(fā)現(xiàn),瞬態(tài)數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果也基本吻合,說明了數(shù)值模擬的精確性。隨著閥門開度的增加,流量系數(shù)都呈類指數(shù)增加,說明隨著球閥開啟速度的變化,其瞬態(tài)流量系數(shù)曲線的變化趨勢沒有發(fā)生變化。但是通過對比不同工況還是可以發(fā)現(xiàn),流量系數(shù)值在開度50%以前基本相同,在開度50%后出現(xiàn)差異。因此,為了準確分析流量系數(shù)曲線的差異性,對穩(wěn)態(tài)和不同開啟速度下球閥數(shù)值模擬的流量系數(shù)值取對數(shù),得到了不同開啟速度下球閥流量系數(shù)值的對數(shù)曲線。
不同啟閉工況球閥阻力系數(shù)變化規(guī)律
圖4所示為啟閉過程阻力系數(shù)的數(shù)值計算和實驗結(jié)果。由圖可知,數(shù)值計算結(jié)果基本處于實驗的數(shù)據(jù)帶中,說明了數(shù)值計算過程的準確性。由前文所述,在閥門開啟過程和關(guān)閉過程,其上下游壓力及流經(jīng)閥門的流量都存在較大差別,因此可以發(fā)現(xiàn)閥門的阻力系數(shù)在開啟過程和關(guān)閉過程不同。開啟過程的阻力系數(shù)遠高于關(guān)閉過程,特別是閥門的啟閉時間較短時。隨著啟閉時間的延長,開啟過程阻力系數(shù)逐漸降低,而關(guān)閉過程中阻力系數(shù)逐漸增大,兩者差別逐漸減小。當(dāng)啟閉時間無限大時(穩(wěn)態(tài)工況),啟閉過程的阻力系數(shù)則會重合。
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