不同壓降下FESTO電磁閥流量系數(shù)的分析
    FESTO電磁閥結(jié)構(gòu)多種多樣，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且FESTO電磁閥的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)還在不斷地變化和更新。因此以往的試驗(yàn)結(jié)果歸納總結(jié)出來(lái)的公式、系數(shù)只能適合幾種常見(jiàn)類(lèi)型，用來(lái)估算閥門(mén)內(nèi)部的流動(dòng)特性誤差較大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算的發(fā)展，運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）對(duì)流體流動(dòng)進(jìn)行模擬仿真分析，已經(jīng)成為一種普遍應(yīng)用的工程分析技術(shù)。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展為人們很好地了解閥門(mén)內(nèi)部流體的流動(dòng)情況提供了很好的途徑。
    FESTO電磁閥結(jié)構(gòu)
    1 數(shù)學(xué)模型的建立
    在流體運(yùn)動(dòng)中遵循三個(gè)zui基本的守恒方程，即守恒定律、動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律。通過(guò)網(wǎng)格劃分就可以把流體模型劃分成多個(gè)控制體，對(duì)于每一個(gè)控制體運(yùn)用流體運(yùn)動(dòng)的三個(gè)基本方程進(jìn)行模擬計(jì)算和分析。
    連續(xù)性方程的微分形式為：
    連續(xù)性方程又稱(chēng)守恒方程，該方程可用于可壓流動(dòng)和不可壓流動(dòng)。
    動(dòng)量守恒方程為：
         FESTO電磁閥運(yùn)用三維建模軟件建立調(diào)節(jié)閥的實(shí)體模型，通過(guò)布爾運(yùn)算抽取調(diào)節(jié)閥及加長(zhǎng)管道部分。為了更好更準(zhǔn)確地模擬閥體內(nèi)部流動(dòng)情況，對(duì)閥出口管段進(jìn)行加長(zhǎng)，加長(zhǎng)管道的長(zhǎng)度大約為250mm（約為管道直徑的5倍）。FESTO電磁閥開(kāi)度為10%時(shí)流道的剖面實(shí)體模型。
    FESTO電磁閥10%開(kāi)度時(shí)流道剖面
    FESTO電磁閥計(jì)算網(wǎng)格的劃分
    將FESTO電磁閥流道的三維實(shí)體模型導(dǎo)入（網(wǎng)格劃分）軟件中進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算的前處理。為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，建立流道模型的一半作為計(jì)算模型。為了提高計(jì)算精度和考慮數(shù)值計(jì)算對(duì)計(jì)算機(jī)的要求，在劃分網(wǎng)格時(shí)采用非結(jié)構(gòu)化的四面體網(wǎng)格。劃分后的網(wǎng)格數(shù)大約為5萬(wàn)左右。設(shè)置邊界條件為壓力入口和壓力出口，流道模型剖面設(shè)置為對(duì)稱(chēng)面邊界。調(diào)節(jié)閥開(kāi)度為10%的流道網(wǎng)格劃分如。
    FESTO電磁閥流道網(wǎng)格
    3 數(shù)值計(jì)算與結(jié)果分析
    3.1 邊界條件設(shè)置
    將處理后的網(wǎng)格文件導(dǎo)入Fluent分析模塊，并進(jìn)行邊界條件和流體屬性設(shè)置，選擇合適的求解方程及模型。設(shè)置流體屬性為ideal-gas，流體屬性參數(shù)保持默認(rèn)值。設(shè)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(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)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(dòng)的數(shù)值模擬。不同開(kāi)度和不同壓差下的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果如表1所示。
    表1 不同開(kāi)度和不同壓差下數(shù)值模擬的流量系數(shù)值
    3.2 流量系數(shù)的結(jié)果分析
    從表1可以看出，在同一壓差條件下，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)隨開(kāi)度的增加而增大，開(kāi)度越大調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)也越大，當(dāng)調(diào)節(jié)閥為全開(kāi)狀態(tài)時(shí)流量系數(shù)zui大。在同一開(kāi)度條件下，調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)隨著壓差的增大而增大，進(jìn)出口壓差越FESTO電磁閥的流量系數(shù)也越大。從FESTO電磁閥可以看出，不同壓差下調(diào)節(jié)閥流量特性曲線吻合較好，流量特性基本一致。在開(kāi)度較小時(shí)，由于調(diào)節(jié)閥前后的壓差作用，調(diào)節(jié)閥的流量會(huì)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，從而使得流量系數(shù)在小開(kāi)度時(shí)增長(zhǎng)較快。在開(kāi)度較大時(shí)，F(xiàn)ESTO電磁閥流量基本趨于穩(wěn)定，流量系數(shù)的增長(zhǎng)較慢緩。在開(kāi)度小于60%時(shí)，調(diào)節(jié)閥的流量特性與等百分比流量特性趨勢(shì)基本一致；在開(kāi)度較大時(shí)，與等百分比流量特性相比，調(diào)節(jié)閥流量特性有下降趨勢(shì)。