建立了節流閥整體有限元數字模型，分析了節流閥的流量特性，進行了不同開度下的流場網格劃分及邊界條件施加和求解，繪制了流量特性曲線，形成了關于節流閥流量特性求解的一般方法。

1、概述

　　節流閥是通過改變節流截面積控制流體流量的閥門，其主要由閥體、閥蓋、閥桿和閥瓣等零部件組成。閥門的節流元件閥瓣多為圓錐流線型，通過改變閥門的節流面積達到調節流量和壓力。隨著有限元軟件的發展，為節流閥閥瓣節流面設計帶來了更精確的方法，同時通過有限元求解對閥門不同開度下的流量進行整合分析得到節流閥流量特性曲線，從而可以直觀的反應該閥門的流量調節性能，滿足客戶的使用要求。

2、流場分析

　　應用Solidworks軟件對節流閥進行整體有限元數模建立，通過Solidworks Flowworks對節流閥進行了不同開度下的流量測定。

　　2.1、數學模型

　　在Solidworks軟件中，應用拉伸和旋轉等實體命令，建立實體模型，再應用裝配模塊對各零部件進行裝配(圖1) 。

圖1 閥門數學模型

　　2.2、網格劃分

　　將建立的立體數學模型，導入到Solidworks Flowworks模塊中，對其進行流場網格劃分，分別對節流閥閥瓣開啟高度h 為4.5mm (圖2) 、9mm、13.5mm、18mm、22.5mm、27mm、31.5mm、36mm、40.5mm 和45mm 的節流閥流場網格劃分。

圖2 閥瓣開啟4.5mm 時節流閥流場網格

　　2.3、邊界條件加載

　　邊界條件是確定分析初始狀態，設定內部流體為水，閥前設置流量為3m³/h，溫度為室溫，試驗壓力為6kPa。

　　2.4、求解

　　應用Solidworks Flowworks 求解器對節流閥不同開度下的流場進行求解，從分析結構可以發現，當開度為4.5mm 時，閥瓣與閥座附近最大流速為14.5m/s，流量為0.399t/h，閥瓣與閥座局部流體阻力很大，閥后流速很小，真空技術網（http://bjjyhsfdc.com/）認為隨著閥瓣開啟高度的提高，閥后流速增加，流量增加，閥瓣與閥座局部阻力降低(圖3～圖7) 。

圖3 閥瓣開啟高度為4. 5mm 的流場分布

圖4 閥瓣開啟高度為9mm 的流場分布

圖5 閥瓣開啟高度為22. 5mm 的流場分布

圖6 閥瓣開啟高度為36mm 的流場分布

圖7 閥瓣開啟高度為45mm 的流場分布

3、流量特性曲線

　　根據節流閥的流量調節情況，節流閥從全開～全關閥瓣不同開度下的流場分析結果可以求解出閥瓣節流后的流量及壓差(表1) 。根據計算數據繪制的流量特性曲線(圖8) 可以發現，該節流閥流量特性屬于等百分比調節。

表1 節流閥開度和流量特性

圖8 流量特性曲線

4、結語

　　通過對節流閥流量特性曲線的有限元分析，確定了流量特性曲線的一般分析方法，為閥門優化設計給出了改進方向，大幅縮短了研發周期。