不同壓降下FESTO電磁閥流量系數的分析
FESTO電磁閥結構多種多樣，內部結構復雜，而且FESTO電磁閥的類型和結構還在不斷地變化和更新。因此以往的試驗結果歸納總結出來的公式、系數只能適合幾種常見類型，用來估算閥門內部的流動特性誤差較大。隨著計算機技術和數值計算的發展，運用計算流體動力學（CFD）對流體流動進行模擬仿真分析，已經成為一種普遍應用的工程分析技術。計算流體動力學的發展為人們很好地了解閥門內部流體的流動情況提供了很好的途徑。
FESTO電磁閥結構
1 數學模型的建立
在流體運動中遵循三個zui基本的守恒方程，即守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律。通過網格劃分就可以把流體模型劃分成多個控制體，對于每一個控制體運用流體運動的三個基本方程進行模擬計算和分析。
連續性方程的微分形式為：
連續性方程又稱守恒方程，該方程可用于可壓流動和不可壓流動。
動量守恒方程為：
FESTO電磁閥運用三維建模軟件建立調節閥的實體模型，通過布爾運算抽取調節閥及加長管道部分。為了更好更準確地模擬閥體內部流動情況，對閥出口管段進行加長，加長管道的長度大約為250mm（約為管道直徑的5倍）。FESTO電磁閥開度為10%時流道的剖面實體模型。
FESTO電磁閥10%開度時流道剖面
FESTO電磁閥計算網格的劃分
將FESTO電磁閥流道的三維實體模型導入（網格劃分）軟件中進行數值模擬計算的前處理。為了節省計算時間，建立流道模型的一半作為計算模型。為了提高計算精度和考慮數值計算對計算機的要求，在劃分網格時采用非結構化的四面體網格。劃分后的網格數大約為5萬左右。設置邊界條件為壓力入口和壓力出口，流道模型剖面設置為對稱面邊界。調節閥開度為10%的流道網格劃分如。
FESTO電磁閥流道網格
3 數值計算與結果分析
3.1 邊界條件設置
將處理后的網格文件導入Fluent分析模塊，并進行邊界條件和流體屬性設置，選擇合適的求解方程及模型。設置流體屬性為ideal-gas，流體屬性參數保持默認值。設置入口和出口壓力，使得壓差分別為0.4MPa、0.55MPa、0.66MPa、0.7MPa，并分別進行數值模擬計算。湍流模型選用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氣體流動的數值模擬。不同開度和不同壓差下的數值模擬計算結果如表1所示。
表1 不同開度和不同壓差下數值模擬的流量系數值
3.2 流量系數的結果分析
從表1可以看出，在同一壓差條件下，調節閥的流量系數隨開度的增加而增大，開度越大調節閥流量系數也越大，當調節閥為全開狀態時流量系數zui大。在同一開度條件下，調節閥的流量系數隨著壓差的增大而增大，進出口壓差越FESTO電磁閥的流量系數也越大。從FESTO電磁閥可以看出，不同壓差下調節閥流量特性曲線吻合較好，流量特性基本一致。在開度較小時，由于調節閥前后的壓差作用，調節閥的流量會呈現快速增長的趨勢，從而使得流量系數在小開度時增長較快。在開度較大時，FESTO電磁閥流量基本趨于穩定，流量系數的增長較慢緩。在開度小于60%時，調節閥的流量特性與等百分比流量特性趨勢基本一致；在開度較大時，與等百分比流量特性相比，調節閥流量特性有下降趨勢。
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