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SMC電磁閥對流量特性的影響及分析
          SMC電磁閥對流量特性的影響及分析
    SMC電磁閥的結構剖視如圖 1 所示。它由閥桿、上閥蓋、閥芯、閥座和閥體等零部件構成。閥體通道成直角，故稱為角式調(diào)節(jié)閥。它具有流通量大、自潔性好等優(yōu)點，適合閥前后壓差不大的高粘流體并要求直角配管的場合。所采用的角式調(diào)節(jié)閥公稱通徑為 25mm，公稱壓力 1.6MPa，理想流量特性為直線特性，額定流量系數(shù)為 15m2，閥芯行程 16mm，可調(diào)比 R=50。
    利用 SolidWorks 三維實體建模軟件，對圖 1 所示的閥腔流道建模，并用 FLUENT 的前處理器 GAMBIT 軟件生成計算網(wǎng)格（見圖 2)。閥體內(nèi)腔的形狀和流動狀態(tài)較復雜，采用非結構化網(wǎng)格，由 GAMBIT 自帶的 TGrid 程序劃分，整個流道網(wǎng)格數(shù)為 113625 個。
    SMC電磁閥計算結果及分析
    所求解的基本方程是三維不可壓 N-S 方程，湍流模型采用標準 κ-ε 模型。離散方程的求解方法采用非結構網(wǎng)格上的 SIMPLE 算法，二階迎風格式。速度壓力場采用隱式的全場迭代解法。閥門內(nèi)的流質(zhì)為水，邊界條件規(guī)定壓力進口和壓力出口。
    SMC電磁閥流量特性分析
    SMC電磁閥的流量特性通常以相對流量與相對開度的關系來表示，衡量閥門流通能力的指標是流量系數(shù) Kv，流量系數(shù)計算的一般形式為
    其中 Kv 為流量系數(shù)，單位 m2；qv 為流量，單位 m3/h；ρ 為流體密度，單位 kg/m3；△P 為閥門的壓力損失，單位 Pa。
    SMC電磁閥的流量特性曲線（◆ 理論流量特性，■ 模擬流流量特性）
    通過計算可得到閥門理論流量特性曲線；應用 FLUENT 對不同開度的流道模型進行數(shù)值模擬，即可得到模擬流量特性曲線。2 曲線如圖 3 所示。從圖中可以看出，理論曲線與模擬曲線的趨勢是基本一致的。由于理論流量特性曲線是理想狀態(tài)下的期望特性，而實際中的閥門，局部阻力和流態(tài)會因閥門開度的改變而發(fā)生變化，且引起變化的因素非常復雜，很難找出確定的規(guī)律，所以通過理論公式計算得出的理論流量特性曲線與實際的模擬曲線有一定的偏差，但趨勢基本一致，并且模擬流量特性曲線與實驗結果更加貼近。因此 FLUENT 軟件適合分析閥門內(nèi)部流場，可用來對流場進行進一步分析研究。
    2.2 流場分析
    SMC電磁閥通常選擇流開型（即底進側出）流向。在進口壓力為 1.6MPa，出口壓力為 1.5MPa 的條件下，該調(diào)節(jié)閥全開時對稱面上的壓力等值線和速度等值線如圖 4、圖 5 所示。從圖中可以看出，進口的壓力和速度都比較均勻；當水流通過閥芯與閥座之間的節(jié)流處時，由于流通面積突然減小，壓力減小，速度增大，并且靠近出口一側的節(jié)流處的速度要明顯大于另一側，即減壓增速效果明顯；水流通過節(jié)流處后流向出口，壓力和速度又趨向均勻。
    2.3 流向分析
    SMC電磁閥開度分別為 100% 和 30% 時流開型流向的對稱面速度矢量見圖 6 和圖 7。從兩圖中可以看出，在閥腔中背對出口的一側，都產(chǎn)生了明顯的漩禍，這會產(chǎn)生較大的能量損耗，增大阻力系數(shù)。這說明流開型易在閥腔內(nèi)產(chǎn)生漩渦，造成能量損失。應用 FLUENT 軟件對該閥門全開流道模型進行了流閉型流向的數(shù)值模擬，得到對稱面上的速度矢量如圖 8 所。從圖 8 可以看出，閥腔內(nèi)幾乎沒有漩渦，說明流閉型流向可大大避免漩渦的產(chǎn)生，減少能耗。
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