第17卷 第2期
郑州轻工业学院学报(自然科学版)Vol.17 No.2 2002年6月JO URNAL OF Z HENGZHOU INSTITUTE O F LIGHT INDUSTR Y (Natural Science)Jun.2002 收稿日期:2002-01-03
基金项目:河南省科技攻关项目(9711212)
作者简介:范晓伟(1966)),男,河南省渑池县人,中原工学院副教授,博士,主要从事制冷空调系统的优化和节能以及新
型制冷循环的分析研究;
龚毅(1954)),男,江苏省南通市人,郑州轻工业学院教授,西安交通大学博士研究生,主要从事制冷空调系统中的工程热物理问题和室内空气品质的研究.
文章编号:1004-1478(2002)02-0033-04
短管节流件的流量特性
范晓伟1, 龚 毅2
(1.中原工学院纺织工程系,河南郑州450007;
2.郑州轻工业学院,河南郑州450002)
摘要:制冷剂流经短管节流件时具有两相临界流动非均匀性、非平衡性的特点并存在阻塞情况,而影响质量流量的主要参数有上游压力、下游压力、过冷度或干度以及短管几何尺寸等.近年来有关制冷剂流经短管节流件的两相流动模型主要有由实验结果直接关联的半经验模型和基于一些假设而建立的分析模型,而它们都是针对某种工质而言的,不适应当前空调制冷及热泵系统所采用的工质种类较多的状况.因此,建立普适性好、在热力学参数变化较宽的范围内仍有较高精度的质量流量模型是有待进一步研究解决的问题.
关键词:短管节流件;两相流动;质量流量
中图分类号:TB61 文献标识码:A
0 引言
节流膨胀装置是制冷系统重要且不可缺少的组成部分,通常按照流通截面是否有变化将其分成定截面节流件和变截面节流件.短管节流件是指长度和内径比在3~20范围内、且内径<2mm 的细管段、同毛细管一样的定截面节流件.它的主要优点是价格低廉、可靠性好、便于安装更换,只要尺寸设计合理,变工况时能较好地进行自动补偿,并取消了热泵系统用于判别制冷剂流向所增设的检查阀等.短管节流件已被越来越多地用作汽车空调、家用空调及热泵中的膨胀节流装置,以控制系统中由高压侧冷凝器出口到低压侧蒸发器入口的制冷剂流量.在所涉及的空调制冷和热泵系统中,短管入口处制冷剂的状态一般为液相,出口则为低干度的汽液两相.为了正确预测给定工况下制冷剂流经短管节流件时的质量流量,就必须搞清质量流量与热力学状态参数和短管几何尺寸间的关系,建立起合适的计算模型.Aaron [1],Kim [2~4],Krakow [5],Kuehl [6],Mei [7],Obermeier [8]和Payne [9,10]等人曾分别针对一些制冷工质在可能的压力、过冷度或干度、过冷温度等热力学参数变化范围内,对不同几何尺寸和形状的短管节流件的流量特性进行了实验和理论研究.本文将主要讨论制冷工质流经短管节流件时的流动特性和影响质量流量的主要因素,并对现有的质量流量计算模型加以分析.1 制冷剂流经短管节流件时的流动特性
制冷剂流经短管节流件时的流动特性,主要受进、出口状态参数和短管的形状与几何尺寸等因素的影响.在进口处为过冷液体时制冷剂流经短管的流动特性如图1所示.AB 区域处在较低的压差范围内,此时,工质为单相液体,流量与压差间呈现m ~($P )1/2关系.从B 点管内流体收缩面处开始,压力达到了上游温
#34#郑州轻工业学院学报(自然科学版)2002年 度所对应的饱和压力,曲线呈现出不连续性.从B 到C 液体蒸发越来越多,不过该区域内管壁能够冷却蒸汽,流量与压差无关,该段称第一级阻塞区或第一级临界流动.达C 点后,管壁长度不再能完全冷却蒸汽,产生一种自由射流型流动,m 与$P 间又建立起1/2次方关系.在CD 区域,流型是蒸汽环绕液体核,尽管该区域液体压力低于饱和压力,但液体核速度较高阻止了沿短管长度方向蒸汽的发生,液体核处于拟稳态或不平衡态,压力近似为下游压力.如果下游压力进一步降低,因液体表面张力阻止了气泡的形成,就会出现二次阻塞或第二级临界流动(参见图1中的DE 段,阻塞的位置在管子末端
).
图1 质量流量与压差间的关系 在空调制冷和热泵系统中,就其工况参数变化范围而言,蒸发
器的蒸发压力较低,制冷剂基本处于第一级两相临界流动区域.按
照单相流体临界流动的定义,即给定上游参数,降低下游压力所能
得到的最大可能流量时的流动,此时将出现流动阻塞现象.然而,
由于两相临界流动过程中的非均匀性和非平衡性造成一些新特
点,出口截面的临界速度并不能像单相流体那样,以等同于两相均
质流体音速的方法处理,它往往比过冷液体的音速低2个数量级.
2 影响质量流量的主要因素
为了使研究结果接近于实际,前人的实验研究主要针对常用的制冷剂CFC12,HCFC22以及它们的替代工质HFC134a,R407C
(HFC32/HFC125/HFC134a 混合物,质量浓度按23%/25%/52%)和R410A(HFC32/HFC125混合物,质量浓度按50%/50%)等,所选择的参数范围基本覆盖了空调器及热泵的运行工况范围,参见表1.
表1 前人的实验研究参数范围
研究者
制冷工质L/D 最大过冷度/干度上游压力/kPa 下游压力/kPa Mei
HC FC227~1222.2e 744~1517*Krakow 和Lin
CFC122~713.9e 1099~1498158~220Aaron 和Domanski
HC FC225~2013.9e /10%1448~2006343~827Kuehl 和Goldschmidt
HC FC228~1211.1e 1379~2060467~693Ki m 和O .Neal
HC FC225~2013.9e /10%1448~2006483~827Ki m 和O .Neal
CFC127~2013.9e /10%856~1326323~862Ki m 和O .Neal
HFC134a 7~2013.9e /10%896~1448323~862Payne 和O .Neal
R407C 6.5~23.211.1e /3.2%1524~2271630~770Payne 和O .Neal R410A 6.5~23.211.1e /3%2136~3176800~1100
注:表中的*指上、下游压力差值;L/D 表示短管节流件的长度与直径比.
影响制冷剂流经短管节流件时的质量流量的因素较多,而上游压力、下游压力、过冷度或干度以及短管几何尺寸等参数是影响质量流量的主要因素.
2.1 上游压力的影响
上游压力对质量流量的影响较大,随着上游压力的增加,质量流量近似线性地增加.不同的上游过冷度或干度条件下,上游压力的影响程度也不相同:过冷度较小时,上游压力的作用变弱,质量流量的变化程度相对降低;当进入短管的流体是汽液两相、干度较大时,质量流量对上游压力的变化较敏感,影响程度增大.
2.2 下游压力的影响
当下游压力大于上游温度所对应的饱和压力时,质量流量主要取决于下游压力;如果下游压力低于上游温度所对应的饱和压力,短管内将出现闪蒸,此时质量流量对下游压力的变化不敏感,流动发生阻塞,达到两相临界流动.这意味着质量流量在下游压力进一步降低时,基本不变.需指出的是在空调和热泵系统中,蒸发压力通常比上游温度所对应的饱和压力低得多.流动发生阻塞时,下游压力进一步降低会导致质量流量略有升高(幅度在1%~8%之间),文献[1~3,6]的实验研究中都发现了两相临界流动这一新特点.这可能与两相流动的复杂性及实验测量等因素有关,有待于从理论上深入探讨.
2.3 上游过冷度及干度的影响上游过冷度及干度对质量流量的影响较为显著.在对HFC134a,HCFC22,CFC12,R410A,R407C 的质量流
第2期范晓伟等:短管节流件的流量特性#35#
量随上游过冷度及干度变化关系的实验研究中发现,它们有类似的变化曲线[1,2,9,10].入口处制冷剂过冷度增加,质量流量将增加.过冷度趋于0时,不同的上游压力下质量流量均趋于同一数值.当入口为两相状态时,入口处干度增加,质量流量降低.
2.4几何尺寸的影响
质量流量受短管直径的影响十分显著,相同长度的管子,随着管内径的增加,质量流量近似以直径的2次方~2.5次方增加.相同直径的管子,其长度对质量流量的影响是:长度增加,质量流量减少,而质量流量的变化幅度降低,则与沿程阻力系数的增加有关.
3制冷剂流经短管时的两相流动模型
制冷剂两相流动模型主要分为2类:一种是由实验结果直接关联的半经验模型,另一种是基于一些假设而建立的理论分析模型.
3.1半经验模型
大多数研究者所构造的模型是从单相流体流量公式出发,通过引入修正系数而得到的[2~4,9,10],一般需要大量实验数据进行拟合,而且每个公式只适用于特定的制冷剂和参数变化范围.虽然半经验模型法普适性差、形式复杂,但精度高且覆盖了单相和两相流动两种情况,是一种较为实用的方法,其具体表达式为: m=C t p#A S#2g ca Q(P up-P f)
式中,C t p为两相干度修正系数,反映入口处干度及过冷度的影响;A S为短管截面积;g ca为单位换算常数;P f 为调整的下游压力,它并不是真实的下游压力,而是一个与上游过冷度相应的饱和压力、上游压力以及短管几何尺寸等参数有关的假拟压力;Q为短管入口的流体密度,当入口为两相状态时取饱和液体密度的值.
3.2理论分析模型
从理论上,由热力学第一、第二定律出发Obermeier推导出计算制冷剂两相临界流率公式[8],发现在给定的热力学状态,临界流率不是一个值而是一个范围,并给出了制冷剂R12,R134a和R152a流经短管节流件时的两相临界流率的最大值和最小值.但是,用其较准确地预测临界流率尚有一定困难.
基于空调制冷和热泵的运行工况条件大多处于临界流动这一事实,Kim和O.Neal[4]针对HFC134a和HCFC22的实验结果同7种两相临界流动模型进行了比较.其中包括等焓、等熵、Sajben3种均相平衡模型(HEM),Wallis和Smith2种均相冻结流模型(HFM),Fauske和Moody非均相平衡模型(NE M)等.在出口干度为0.06~0.2范围内,2种均相冻结流模型计算结果相差甚小并与实验值吻合较好,其原因在于模型假设条件与此类流动现象较一致.均相冻结流模型所作的假设如下:流动是均相的即两相速度相同,且因时间不充分相间无质量传递.形式较简单的Wallis公式为
G cr=-x5v g
5P+(1-x)5v f
5P
-11/2
式中,G cr为临界质量流率;x为出口干度;v g为汽相比容;v f为液相比容.该模型对其他工质是否有效尚需进一步验证.
4结论
随着我国国民经济的迅速发展,空调制冷及热泵的普及率不断提高,对短管节流件的研究十分必要.当前空调制冷及热泵系统所采用的工质种类较多,而目前文献中的质量流量计算公式均是针对某种工质而言的,因此,建立普适性好、在热力学参数变化较宽的范围内仍然有较高精度的质量流量模型是亟待解决的问题.
参考文献:
[1]Aaron D A,Domanski P A.E xperimentation analysis and correla tion of refrigerant-22flo w through short tube re-
strictors[J].ASHRAE Trans,1990,96(1):729)742.
[2]Kim Y,O.Neal D L.Two-phase flow of R-22through shor-t tube orifices[J].ASHRAE Trans,1994,100(1):
323)334.
#36#郑州轻工业学院学报(自然科学版)2002年
[3]Kim Y,O.Neal D L,Yuan X.Two phase flo w of HFC-134a and CFC-12through shor-t tube orifices[J].
ASHRAE Trans,1994,100(2):582)591.
[4]Kim Y,O.Neal D L1A comparison of critical flow models for estimating two-phase flow HCFC22and HFC134a
through shor-t tube orifices[J].Int J Refrig,1995,18(7):447)455.
[5]Krakow K I,Lin S.Refrigerant flow through orifices[J].ASHRAE Trans,1988,94(1):484)506.
[6]Kuehl S J,Goldschmidt V W.Flow of R-22through shor-t tube restrictors[J].ASHRAE Trans,1992,98(2):59)
64.
[7]Mei V C.Short tube refrigerant restrictors[J].ASHRAE Trans,1982,88(2):157)169.
[8]Ober meier E.Two phase critical flow-rates of refrigerants:Thermodynamic limits of flow rates in tube and orifices
[J].Int J Refrig,1990,13(9):301)308.
[9]Payne W V,O.Neal D L.Mass flo w characteristics of R407C through shor-t tube orifices[J].ASHRAE Trans,
1998,104(1):197)209.
[10]Payne W V,O.Neal D L.Multiphase flo w of refrigerant R410A through shor-t tube orifices[J].ASHRAE Trans,
1999,105(2):66)74.
Flow characteristics of short tubes
FAN Xiao-wei1,GONG Yi2
(1.De pt.o f T e xtile En g.,Zhongyuan Inst.of Tech.,Zhengzhou450007,China;
2.Zhen gzhou Inst.o f Light Ind.,Zhengzhou450002,China)
Abstract:The heterogeneity,the non-equilibrium and the blockage state which formed the features of two-phase critical flow are analyzed when refrigerants flow through short tubes and upstream pressure,do wnstream pressure,supercooled tem-perature or quality c oefficient and geometrical dimensions of shor-t tube orifices as the main parameters effects on mass flow rate are indicated.The refrigerant two-phase flo w models through short tubes in recent years mainly included the semiempirical models which are correlated directly with the experimental results and the analysis models which are built based on some assumptions.However,all of the m are individually applicable to certain refrigerant and not suitable for the situation of using too many kinds of refrigerants in air-conditioning,refrigerating and heat pump systems scope.Therefore it would be made further research to establish the mass flow rate models which possess good and general adaptability and higher precision within a wide range of the thermodyna mic parameter variation.
Key words:short tube;two-phase flow;mass flow rate
第17卷 第2期 郑州轻工业学院学报(自然科学版)Vol.17 No.2 2002年6月JO URNAL OF Z HENGZHOU INSTITUTE O F LIGHT INDUSTR Y (Natural Science)Jun.2002 收稿日期:2002-01-03 基金项目:河南省科技攻关项目(9711212) 作者简介:范晓伟(1966)),男,河南省渑池县人,中原工学院副教授,博士,主要从事制冷空调系统的优化和节能以及新 型制冷循环的分析研究; 龚毅(1954)),男,江苏省南通市人,郑州轻工业学院教授,西安交通大学博士研究生,主要从事制冷空调系统中的工程热物理问题和室内空气品质的研究. 文章编号:1004-1478(2002)02-0033-04 短管节流件的流量特性 范晓伟1, 龚 毅2 (1.中原工学院纺织工程系,河南郑州450007; 2.郑州轻工业学院,河南郑州450002) 摘要:制冷剂流经短管节流件时具有两相临界流动非均匀性、非平衡性的特点并存在阻塞情况,而影响质量流量的主要参数有上游压力、下游压力、过冷度或干度以及短管几何尺寸等.近年来有关制冷剂流经短管节流件的两相流动模型主要有由实验结果直接关联的半经验模型和基于一些假设而建立的分析模型,而它们都是针对某种工质而言的,不适应当前空调制冷及热泵系统所采用的工质种类较多的状况.因此,建立普适性好、在热力学参数变化较宽的范围内仍有较高精度的质量流量模型是有待进一步研究解决的问题. 关键词:短管节流件;两相流动;质量流量 中图分类号:TB61 文献标识码:A 0 引言 节流膨胀装置是制冷系统重要且不可缺少的组成部分,通常按照流通截面是否有变化将其分成定截面节流件和变截面节流件.短管节流件是指长度和内径比在3~20范围内、且内径<2mm 的细管段、同毛细管一样的定截面节流件.它的主要优点是价格低廉、可靠性好、便于安装更换,只要尺寸设计合理,变工况时能较好地进行自动补偿,并取消了热泵系统用于判别制冷剂流向所增设的检查阀等.短管节流件已被越来越多地用作汽车空调、家用空调及热泵中的膨胀节流装置,以控制系统中由高压侧冷凝器出口到低压侧蒸发器入口的制冷剂流量.在所涉及的空调制冷和热泵系统中,短管入口处制冷剂的状态一般为液相,出口则为低干度的汽液两相.为了正确预测给定工况下制冷剂流经短管节流件时的质量流量,就必须搞清质量流量与热力学状态参数和短管几何尺寸间的关系,建立起合适的计算模型.Aaron [1],Kim [2~4],Krakow [5],Kuehl [6],Mei [7],Obermeier [8]和Payne [9,10]等人曾分别针对一些制冷工质在可能的压力、过冷度或干度、过冷温度等热力学参数变化范围内,对不同几何尺寸和形状的短管节流件的流量特性进行了实验和理论研究.本文将主要讨论制冷工质流经短管节流件时的流动特性和影响质量流量的主要因素,并对现有的质量流量计算模型加以分析.1 制冷剂流经短管节流件时的流动特性 制冷剂流经短管节流件时的流动特性,主要受进、出口状态参数和短管的形状与几何尺寸等因素的影响.在进口处为过冷液体时制冷剂流经短管的流动特性如图1所示.AB 区域处在较低的压差范围内,此时,工质为单相液体,流量与压差间呈现m ~($P )1/2关系.从B 点管内流体收缩面处开始,压力达到了上游温
1.常用液压阀一方向阀、压力阀、流量阀的类型 【答】 (1)方向阀方向阀的作用概括地说就是控制液压系统中液流方向的,但对不同类型的阀其具体作用有所差别。方向阀的种类很多,常用方向阀按结构分类如下:单向阀：l普通单向阀 2 液控单向阀普通单向阀换向阀：1 转阀式换向阀 液控单向阀 2 滑阀式换向阀：手动式换向阀、机动式换向阀、电动式换向阀、液动式换向阀、电液动换向阀。
手动式换向阀 电液动换向阀 （2）压力控制阀 溢流阀：直动式、先导式溢流阀
直动式溢流阀 先导式溢流阀减压阀：直动式、先导式减压阀 顺序阀：直动式、先导式顺序阀 压力继电器 （3）流量控制阀 节流阀调速阀 …………. 2.换向阀的控制方式,换向阀的通和位
【答】换向阀的控制方式有手动式、机动式、电动式、液动式、电液动式五种。换向阀的通是指阀体上的通油口数,有几个通泊口就叫几通阀。换向阀的位是指换向阀阀芯与阀体的相互位置变化时,所能得到的通泊口连接形式的数目,有几种连接形式就叫做几位阀。如一换向阀有4个通油口,3种连接形式,且是电动的,则该阀全称为三位四通电磁(电动)换向阀。 3.选用换向调时应考虑哪些问题及应如何考虑 【答】选择换向阀时应根据系统的动作循环和性能要求,结合不同元件的具体特点,适用场合来选取。①根据系统的性能要求,选择滑阀的中位机能及位数和通数。②考虑换向阀的操纵要求。如人工操纵的用手动式、脚踏式；自动操纵的用机动式、电动式、液动式、电液动式；远距离操纵的用电动式、电液式；要求操纵平稳的用机动式或主阀芯移动速度可调的电液式；可靠性要求较高的用机动式。③根据通过该阀的最大流量和最高工作压力来选取(查表)。最大工作压力和流量一般应在所选定阀的范围之内,最高流量不得超过所选阀额定流量的120%,否则压力损失过大,引起发热和噪声。若没有合适的,压力和流量大一些也可用,只是经济性差一些。④除注意最高工作压力外,还要注意最小控制压力是否满足要求(对于液动阀和电液动换向阀)。⑤选择元件的联接方式一一管式(螺纹联接)、板式和法兰式,要根据流量、压力及元件安装机构的形式来确定。⑥流量超过63L/min时,不能选用电磁阀,否则电磁力太小,推不动阀芯。此时可选用其他控制形式的换向阀,如液动、电液动换向阀。 4.直动式溢流阀与先导式溢流阀的流量一压力特性曲线,曲线的比较分析 【答】溢流阀的特性曲线溢流阀的开启压力o当阀入口压力小于PK1时,阀处于关闭状态,其过流量为零；当阀入口压力大于k1时,阀开启、溢流,直动式溢流阀便处于工作状态(溢流 的同时定压)。图中pb是先导式溢流阀的导阀开启 压力,曲线上的拐点m所对应的压力pm是其主阀的 开启压力。当压力小于民。时, 导阀关闭,阀的流量为零；当压力大于pb(小于此 2)时,导阀开启,此时通过阀的流量只是先导阀的 泄漏量,故很小,曲线上pbm段即为导阀的工作段；当阀入口压力大于此2时,主阀打开,开始溢流,先导式溢流阀便进入工作状态。在工作状态下,元论是直动式还是先导式溢流阀,其溢流量都是随人口压力增加而增加,当压力增加到丸z时,阀芯上升到最高位置,阀口最大,通过溢流阀的流量也最大一为其额定流量毡,这时入
第三章流量测验 第一讲 流量是单位时间内流过江河某一横断面的水量，单位m3/s。流量是反映水资源和江河、湖泊、水库等水量变化的基本资料，也是河流最重要的水文要素之一。流量测验的目的是取得天然河流以及水利工程调节控制后的各种径流资料。 河名地点 流域面积 （万Km2） 最大流量 Qmax （米3/秒） 最小流量 Qmin （米3/秒） 多年平均 流量Q （米3/秒） 密西西比河美国322 76500 3500 19100 长江湖北宜昌101 70600 2770 14000 伏尔加河苏联146 67000 1400 8000 多瑙河欧洲117 10000 780 6350 黄河河南花园口68．0 22000 145 1300 淮河安徽蚌埠12．1 26500 0 852 新安江浙江罗桐埠1．05 18000 10．7 370 永定河北京卢沟桥44 2450 0 28．2 由此可见，天然河流的流量大小悬殊，如我国北方河流旱季常有断流现象，受自然条件和其它因素的影响，使得江河的流量变化错综复杂。为了研究掌握江河流量变化的规律，为国民经济发展服务，必须积累不同地区、不同时间的流量资料。因此，要求在设立的水文站上，根据河流水情变化的特点，采用适当的测流方法进行流量测验。 一、流量测验方法的分类 目前，国内外采用的测流方法和手段很多，按测流的工作原理，可分为下列几种类型：1．流速面积法 常用的有流速仪测流法、浮标测流法、航空摄影测流法、遥感测流法、动船法、比降法等。 2．水力学法 包括量水建筑物测流和水工建筑测流。
3．化学法 化学法又称溶液法、稀释法、混合法等。 4．物理法 这类方法有超声波法、电磁法和光学法测流等。 5．直接法测流 容积法和重量法都是属于直接测量流量的方法，适用于流量极小的山涧小沟和实验室模型测流。 实际测流时，在保证资料精度和测验安全的前提下，根据具体情况，因时因地选用不同的测流方法。 二 、 流速分布和流量模型 研究流速脉动现象及流速分布的目的是为了掌握流速随时间和空间分布的规律。它对于进行流量测验具有重大的意义，由此合理布置测速点及控制测速历时等。 （一）流速脉动 水体在河槽中运动，受到许多因素影响，如河道断面形状、坡度、糙率、水深、弯道以及风、气压和潮汐等，使的天然河流中的水流大多呈紊流状态。从水力学知，紊流中水质点的流速，不论其大小、方向都是随时间不断变化着的，这种现象称为流速脉动现象。 水流中某一点的瞬时流速 v 是时间的函数，即 )(t f v =。 流速随时间不断变化着，但它的时段平均值是稳定的，这也是流速脉动的重要特性。即在足够长的时间T 内有一个固定的平均值，称为时段平均流速或时均流速 ，可用下式表示： ?=T vdt T v 0 1 于是任一点的瞬时流速为： v v v ?+= 式中： v 、 v ——分别为瞬时流速和时均流速，m/s ； v ? ——脉动流速，m/s 。 脉动流速随时间不断变化，时大时小，时正时负，在较长的时段中各瞬时的 v ?的代数 和趋近于零。 用流速脉动强度来表示流速脉动变化强弱的程度： () 2 min 2max 21v v v y -= 式中： y ——流速脉动强度； v ——测点的时均流速；
调节阀的特性及选择 调节阀是一种在空调控制系统中常见的调节设备，分为两通调节阀和三通调节阀两种。调节阀可以和电动执行机构组成电动调节阀，或者和气动执行机构组成气动调节阀。 电动或气动调节阀安装在工艺管道上直接与被调介质相接触，具有调节、切断和分配流体的作用，因此它的性能好坏将直接影响自动控制系统的控制质量。 本文仅限于讨论在空调控制系统中常用的两通调节阀的特性和选择，暂不涉及三通调节阀。 1．调节阀工作原理 从流体力学的观点看，调节阀是一个局部阻力可以变化的节流元件。对不可压缩的流体，由伯努利方程可推导出调节阀的流量方程式为 ()()212 212 42 P P D P P A Q -=-= ρ ζ πρζ 式中：Ｑ——流体流经阀的流量，m 3 /s ； Ｐ1、Ｐ2——进口端和出口端的压力，MPa ； Ａ——阀所连接管道的截面面积，m 2 ； Ｄ——阀的公称通径，mm ； ρ——流体的密度，kg/m 3 ； ζ——阀的阻力系数。 可见当A 一定，(P 1-P 2)不变时，则流量仅随阻力系数变化。阻力系数主要与流通面积(即阀的开度)有关，也与流体的性质和流动状态有关。调节阀阻力系数的变化是通过阀芯行程的改变来实现的，即改变阀门开度，也就改变了阻力系数，从而达到调节流量的目的。阀开得越大，ζ将越小，则通过的流量将越大。 2．调节阀的流量特性 调节阀的流量特性是指流过调节阀的流体相对流量与调节阀相对开度之间的关系，即 ?? ? ??=L l f Q Q max 式中：Q/Q max ——相对流量，即调节阀在某一开度的流量与最大流量之比； l/L ——相对开度，即调节阀某一开度的行程与全开时行程之比。 一般说来，改变调节阀的阀芯与阀座之间的节流面积，便可控制流量。但实际上由于各种因素的影响，在节流面积变化的同时，还会引起阀前后压差的变化，从而使流量也发生变化。为了便于分析，先假定阀前后压差固定，然后再引申到实际情况。因此，流量特性有理想流量特性和工作流量特性之分。 2.1 调节阀的理想流量特性 调节阀在阀前后压差不变的情况下的流量特性为调节阀的理想流量特性。调节阀的理想流量特性仅由阀芯的形状所决定，典型的理想流量特性有直线流量特性、等百分比(或称对数)流量特性、抛物线流量特性和快开流量特性，如图5－6所示。
调节阀流量特性介绍 1. 流量特性 调节阀的流量特性是指被调介质流过调节阀的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系。其数学表达式为 式中：Qmax-- 调节阀全开时流量 L---- 调节阀某一开度的行程 Lmax-- 调节阀全开时行程 调节阀的流量特性包括理想流量特性和工作流量特性。理想流量特性是指在调节阀进出口压差固定不变情况下的流量特性，有直线、等百分比、抛物线及快开4种特性(表1) 流量特性性质特点 直线调节阀的相对流量与相对开 度呈直线关系，即单位相对 行程变化引起的相对流量变 化是一个常数 ①小开度时，流量变化大，而大开度时流量变化小 ②小负荷时，调节性能过于灵敏而产生振荡， 大负荷时调节迟缓而不及时 ③适应能力较差 等百分比单位相对行程的变化引起的 相对流量变化与此点的相对 流量成正比 ①单位行程变化引起流量变化的百分率是相等的 ②在全行程范围内工作都较平稳，尤其在大开度时， 放大倍数也大。工作更为灵敏有效 ③ 应用广泛，适应性强 抛物线特性介于直线特性和等百分 比特性之间，使用上常以等 百分比特性代之 ①特性介于直线特性与等百分比特性之间 ②调节性能较理想但阀瓣加工较困难 快开在阀行程较小时，流量就有 比较大的增加，很快达最大 ①在小开度时流量已很大，随着行程的增大，流量很 快达到最大 ②一般用于双位调节和程序控制
在实际系统中，阀门两侧的压力降并不是恒定的，使其发生变化的原因主要有两个方面。一方面，由于泵的特性，当系统流量减小时由泵产生的系统压力增加。另一方面，当流量减小时，盘管上的阻力也减小，导致较大的泵压加于阀门。因此调节阀进出口的压差通常是变化的，在这种情况下，调节阀相对流量与相对开度之间的关系。称为工作流量特性[1]。具体可分为串联管道时的工作流量特性和并联管道时的工作流量特性。（1）串联管道时的工作流量特性 调节阀与管道串联时，因调节阀开度的变化会引起流量的变化，由流体力学理论可知，管道的阻力损失与流量成平方关系。调节阀一旦动作，流量则改变，系统阻力也相应改变，因此调节阀压降也相应变化。串联管道时的工作流量特性与压降分配比有关。阀上压降越小，调节阀全开流量相应减小，使理想的直线特性畸变为快开特性，理想的等百分比特性畸变为直线特性。在实际使用中，当调节阀选得过大或生产处于非满负荷状态时，调节阀则工作在小开度，有时为了使调节阀有一定的开度，而将阀门开度调小以增加管道阻力，使流过调节阀的流量降低，实际上就是使压降分配比值下降，使流量特性畸变，恶化了调节质量。 （2）并联管道时的工作流量特性 调节阀与管道并联时，一般由阀支路和旁通管支路组成，调节阀安装在阀支路管路上。调节阀在并联管道上，在系统阻力一定时，调节阀全开流量与总管最大流量之比随着并联管道的旁路阀逐步打开而减少。此时，尽管调节阀本身的流量特性无变化，但系统的可调范围大大缩小，调节阀在工作过程中所能控制的流量变化范围也大大减小，甚至起不到调节作用。要使调节阀有较好的调节性能，一般认为旁路流量最多不超过总流量的20%。 2. 调节阀的选择 2.1 流量特性选择
流量计量名词术语及定义说明 一般术语 1 流量Flow rate 单位时间内流过管道横截面或明渠横断面(简称横截〔断〕面)的流体量。流体量以质量表示时称“质量流量”，流体量以体积表示时称“体积流量”。 2 平均流量(q- )Average flow rate 在测量时间内流量的平均值，也可称时均流量。 3 额定流量Rated flow rate 流量计在规定性能或最佳性能时的流量值，它可用最高或(和)最低限值表示。 4 管流Pipe flow Duct flow 流体充满管道的流动。 5 明渠流Open channel flow 液体在明渠中的流动。 6 定常流Steady flow
在被测横截〔断〕面上各流动要素(流速、压力等)，不随时间显著变化的流动。7 脉动流Pulsating flow 流过测量横截〔断〕面的流量以某一常数值为中心随时间有波动的流动。 8 多相流Multiphase flow 两种或两种以上不同相的流体一起流动。当只有两相流体一起流动时通常称为两相流。 9 临界流Critical flow 流体流经节流装置(例如喷嘴、文丘利管)喉部，下游与上游侧绝对压力比等于或小于临界值的流动。 10 雷诺数(Re) Reynolds'number 雷诺数表征了流体流动时惯性力与粘性力之比的无量纲数。 11 比热比(γ) Specific heat ratio 定压比热(cp)与定容比热(cV)的比值。一般是温度和压力的函数。 12 等熵指数(κ) Isentropic exponent 在等熵过程中，气体介质压力相对变化与密度相对变化的比值。 13 气体压缩系数(z) Gas compressibility factor 表示气体偏离理想气体性质的程度，一般是温度T和压力p的函数。 14 静压Static pressure 在流体中不受流速影响而测得的压力值。 15 动压Dynamic pressure 流体单位体积具有的动能其大小通常用－12 ρv2计算。 16 表压Gauge pressure
1. 概述 节能和环保是人类亟待解决的两大问题。2002年8月26日至9月4日在南非约翰内斯堡举行了可持续发展世界峰会。在该次会议上国际制冷学会发表了《制冷业对于可持续发展和减缓大气变化的承诺》，在此文件中阐明制冷业主要的挑战来自全球气候变暖。造成制冷业影响全球气候变暖的80%的原因是二氧化碳的排放。这些间接的排放是部分是由制冷装置运行所需能量的生产引起的。制冷、空调和热泵这些设备所消耗的电能约占全世界生产电能的15%，这表明间接排放的影响是非常的严重。此文件还提出在下一个20年制冷业必须树立雄心去达到目标之一：每个制冷设备耗能减少30~50%。制冷业者为保护环境，应把节能贯穿到制冷设备的使用周期中去。作为制冷循环的四大部件之一，节流装置在系统中起着非常关键的作用，通过选择应用合适的节流机构与制冷系统匹配是整个制冷设备降低能耗的重要一环。本文将对节流机构的工作原理和运行能量匹配进行分析，重点对电子膨胀阀的工作原理进行分析。 2. 传统节流机构的工作原理及匹配 节流的工作原理是制冷工质流过阀门时流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降，压力下降的大小取决于流动截面收缩的比例。节流机构的作用： 1、节流降压。当常温高压的制冷剂饱和液体流过节流阀，变成低温低压的制冷剂液体并产生少许闪发气体。进而实现向外界吸热的目的。 2、调节流量：节流阀通过感温包感受蒸发器出口处制冷剂过热度的变化来控制阀的开度，调节进入蒸发器的制冷剂流量，使其流量与蒸发器的热负荷相匹配。当蒸发器热负荷增加时阀开度也增大，制冷剂流量随之增加，反之，制冷剂流量减少。 3、控制过热度：节流机构具有控制蒸发器出口制冷剂过热度的功能，既保持蒸发器传热面积的充分利用，又防止吸气带液损坏压缩机的事故发生。 4、控制蒸发液位：带液位控制的节流机构具有控制蒸发器液位的功能，既保持蒸发器传热面积的充分利用，又防止吸气带液降低吸气过热度。 若节流机构向蒸发器的供液量与蒸发负荷相比过大，部分液态制冷剂一起进入压缩机，引起湿压缩或冲缸事故。相反若供液量与蒸发器负荷相比太少，则蒸发器部分传热面积未能充分发挥其效能，甚至会造成蒸发压力降低，而且使制冷系统的制冷量降低，制冷系数减小，制冷装置能耗增大。节流机构流量的调节对制冷装置节能降耗起着非常重要的作用。大型中央空调冷水机组常用的节流机构有手动节流阀、孔板、热力膨胀阀、浮球+主节流阀。 2.1手动节流阀
量身定制控制阀流量特性的设计 陈迎宪 龚飞鹰 （上海长成自控设备有限公司200433，上海） 摘 要 控制阀固有流量特性是制造商出厂时控制阀具有的流量特性，安装到现场后，由于阀两端压降与系统压降之比不为1，造成固有流量特性发生畸变，因此，控制系统开环增益不能保持恒定，使控制系统稳定性变差。为此，本文没有采用传统的控制阀流量特性选择方法，本文的设计方法按被控对象静态特性确定控制阀工作流量特性，然后，根据应用条件下的压降比，“量身定制”控制阀固有流量特性，这样的控制阀应用在实际条件时，其工作流量特性能够精确补偿被控过程的非线性，即使在压降比有改变时，仍可较好地补偿被控对象的非线性，因此，可有效改善控制系统稳定性。 关键词 控制阀流量特性 压降比 被控过程静态特性 控制系统稳定性 1 问题的提出 控制阀固有流量特性是控制阀制造商出厂时提供的流量特性。当控制阀安装在工业生产过程中，由于存在压降比s ，使固有流量特性发生畸变，流量特性上凸，造成闭环控制系统的稳定性等性能指标变差。 通常，只能根据所需工作流量特性，按经验法或根据压降比法选用合适的固有流量特性[1， 2]。 根据控制系统稳定运行准则，是否可根据被控生产过程的数学模型，确定其合适的控制阀工作流量特性，满足稳定性要求，提高控制系统的性能，例如，偏离度指标[3]。然后，根据所需控制阀工作流量特性和工况下的压降比设计控制阀的固有流量特性，以实现量身定制控制阀流量特性，满足应用要求。 本文根据控制阀工作流量特性、固有流量特性和压降比的函数关系，根据工作流量特性和压降比，设计控制阀固有流量特性，进行预畸，使工作流量特性满足应用要求。 当前，随着对控制精度的要求不断提高，对控制阀的流量特性也提出更高要求，本文讨论的方法对提高控制系统控制品质具有十分重要意义。为此，本文对“量身定制”工作流量特性进行研究，并据此设计控制阀固有流量特性。 2 工作流量特性的设计 控制阀安装在现场后，其固有流量特性畸变成为工作流量特性，设固有流量特性用q =f (l )表示，工作流量特性用q =g (l )表示。则考虑压降比s 后的工作流量特性可表示为： ) ()1()()(2 l f s s l f l g -+= （1） 式中，q 是相对流量，q =Q /Q max ；l 是相对行程，l =L /L max ；s 是压降比，s =控制阀全开时两端压降/系统压降。因此，它们都无工程单位，变化范围是0~1，下同。 图1显示控制阀工作状况固有流量特性的畸变。 可见，控制阀工作状况下固有流量特性发生变化，其特点如下： ● s =1表示管道压降为零，工作流量特性与固有流量特性相同；即系统压降全部降落在控制阀两端时，工作流量特性不发生畸变。 ● 随s 的减小，管道压降增加，控制阀两端压降减小，使控制阀全开时的最大流量下降，实际可调比下降。 图1 控制阀工作状况下流量特性的畸变 l l l q q q
节流阀的特点及应用 一、概述 节流阀是指通过改变通道面积达到控制或调节介质流量与压力的阀门。节流阀在管路中主要作节流使用。最常见的节流阀是采用截止阀改变阀瓣形状后作节流用。但用改变截止阀或闸阀开启高度来作节流用是极不合适的，因为介质在节流状态下流速很高，必然会使密封面冲蚀磨损，失去切断密封作用。同样用节流阀作切断装置也是不合适的。常见的节流阀如图 1 所示。 介质在节流阀瓣和阀座之间流速很大，以致使这些零件表面很快损坏－即所谓气蚀现象。为了尽量减少气蚀影响，阀瓣采用耐气蚀材料（合金钢制造）并制成顶尖角为140～180的流线型圆锥体，这还能使阀瓣能有较大的开启高度，一般不推荐在小缝隙下节流。 二、特点 1、构造较简单，便于制造和维修，成本低。 2、调节精度不高，不能作调节使用。 3、密封面易冲蚀，不能作切断介质用。 4、密封性较差。 三、分类 一）、节流阀按通道方式可分为直通式和角式两种； 二）、按节流阀阀瓣的形状分. 节流阀的阀瓣有多种形状，常见的有： 1、钩形阀瓣，常用于深冷装置中的膨胀阀。如图 2a 所示。 2、窗形阀瓣，适用于口径较大的节流阀如图2b 所示。 3、塞形阀瓣，适用于中小口径节流阀，使用较普遍。如图 2C 所示。 图2 节流阀阀瓣形状 四、安装维护 节流阀的安装与维护应注意以下事项： 该阀经常需要操作，因此应安装在易于方便操作的位置上。 安装时要注意介质方向与阀体所标箭头方向保持一致。 节流口堵塞原因：
1、油液中的机械杂质或因氧化析出的胶质、沥青、碳渣等污物堆积在节流缝隙处。 2、由于油液老化或受到挤压后产生带电的极化分子，而节流缝隙的金属表面上存在电位差，故极化分子被吸附到缝隙表面，形成牢固的边界吸附层，吸附层厚度一般为5~8微米，因而影响了节流缝隙的大小。以上堆积、吸附物增长到一定厚度时，会被液流冲刷掉，随后又重新附在阀口上。这样周而复始，就形成了流量的脉动。 3、阀口压差较大时，因阀口温度高，液体受挤压的程度增强，金属表面也更易受摩擦作用而形成电位差，因此压差大时容易产生堵塞现象。 相关措施 1、选择水力半径大的薄刃节流口。 2、精密过滤并定期更换油液。 3、适当减小节流口前后的压差。 4、采用电位差较小的金属材料、选用抗氧化稳定性好的油液、减小节流口表面粗糙度。 五、节流阀的应用 节流阀是流量控制阀其中的一种，优点是结构简单、价格低廉、调节方便，但由于没有压力补偿措施，所以流量稳定性较差。常用于负载变化不大或对速度控制精度要求不高的定量泵供油节流调速液压系统中。有时也用于变量泵供油的容积节流调速液压系统中。 由于节流阀的流量不仅取决于节流口面积的大小，还与节流口前后的压差有关，阀的刚度小，故只适用于执行元件负载变化很小且速度稳定性要求不高的场合。 对于执行元件负载变化大及对速度稳定性要求高的节流调速系统，必须对节流阀进行压力补偿来保持节流阀前后压差不变，从而达到流量稳定。 节流阀的启闭件大多为圆锥流线型，通过它改变通道截面积而达到调节流量和压力。节流阀供在压力降极大的情况下作降低介质压力之用。 可调节节流阀：阀针和阀芯采用硬质合金制造，产品按API6A标准设计，具有耐磨、耐冲刷性能。主要用于井口采油（气）树设备, 滑套式节流阀：阀芯采用低噪音平衡型结构，开启轻便，产品按API6A标准设计，阀芯表面覆盖碳化钨，适合于有闪蒸、高压差，高压力，空化等条件苛刻的场合，使用寿命长，流量调节精度大大提高。适用于石油，天然气，化工，炼油，水电等行业。 元杉工业技术部提供
阀门的流量特性 不同的流量特性会有不同的阀门开度； ①快开流量特性，起初变化大，后面比较平缓； ②线性流量特性，是阀门的开度跟流量成正比，也就是说阀门开度达到 50%，阀门的流量也达到50%； ③等百流量特性，跟快开式的相反，是起初变化小，后面比较大。 阀门开度与流量、压力的关系,没有确定的计算公式。它们的关系只能用笼统的函数式表示，具体的要查特定的试验曲线。 调节阀的相对流量Q/Qmax与相对开度L/Lmax的关系 :Q/Qmax=f(L/Lmax) 调节阀的相对流量Q/Qmax与相对开度L/Lmax、阀上压差的关系： Q/Qmax=f(L/Lmax)（dP1/dP）^(1/2)。 调节阀自身所具有的固有的流量特性取决于阀芯形状，其中最简单是直线流量特性：调节阀的相对流量与相对开度成直线关系，即单行程变化所引起的流量变化是一个常数。 阀能控制的最大与最小流量比称为可调比，以R表示，R=Qmax/Qmin, 则直线流量特性的流量与开度的关系为： Q/Qmax=（1/R）[1+（R-1）L/Lmax] 开度一半时，Q/Qmax=51.7% 等百分比流量特性：Q/Qmax=R^(L/Lmax-1） 开度一半时，Q/Qmax=18.3% 快开流量特性：Q/Qmax=（1/R）[1+（R^2-1）L/Lmax]^(1/2)
开度一半时，Q/Qmax=75.8% 流量特性主要有直线、等百分比（对数）、抛物线及快开四种 ①直线特性是指阀门的相对流量与相对开度成直线关系，即单位开度变化引起的流量变化时常数。 ②对数特性是指单位开度变化引起相对流量变化与该点的相对流量成正比，即调节阀的放大系数是变化的，它随相对流量的增大而增大。 ③抛物线特性是指单位相对开度的变化所引起的相对流量变化与此点的相对流量值的平方根成正比关系。 ④快开流量特性是指在开度较小时就有较大的流量，随开度的增大，流量很快就达到最大，此后再增加开度，流量变化很小，故称快开特性。 隔膜阀的流量特性接近快开特性， 蝶阀的流量特性接近等百分比特性， 闸阀的流量特性为直线特性， 球阀的流量特性在启闭阶段为直线，在中间开度的时候为等百分比特性。
调节阀介绍,等百分比特性,线性特性,抛物线特性 调节阀用于调节介质的流量、压力和液位。根据调节部位信号，自动控制阀门的开度，从而达到介质流量、压力和液位的调节。调节阀分电动调节阀、气动调节阀和液动调节阀等。本手册主要介绍电动调节阀和气动调节阀两种。 调节阀由电动执行机构或气动执行机构和调节阀两部分组成。调节并通常分为直通单座式和直通双座式两种，后者具有流通能力大、不平衡办小和操作稳定的特点，所以通常特别适用于大流量、高压降和泄漏少的场合。 流通能力Cv是选择调节阀的主要参数之一，调节阀的流通能力的定义为：当调节阀全开时，阀两端压差为0.1MPa，流体密度为1g/cm3时，每小时流径调节阀的流量数，称为流通能力，也称流量系数，以Cv表示，单位为t/h，液体的Cv值按下式计算。 根据流通能力Cv值大小查表，就可以确定调节阀的公称通径DN。 调节阀的流量特性，是在阀两端压差保持恒定的条件下，介质流经调节阀的相对流量与它的开度之间关系。调节阀的流量特性有线性特性，等百分比特性及抛物线特性三种。三种注量特性的意义如下： （1）等百分比特性（对数） 等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是相等的。所以它的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有相同的调节精度。 （2）线性特性（线性） 线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的变化所引起的流量变化是不变的。流量大时，流量相对值变化小，流量小时，则流量相对值变化大。
（3）抛物线特性 流量按行程的二方成比例变化，大体具有线性和等百分比特性的中间特性。 从上述三种特性的分析可以看出，就其调节性能上讲，以等百分比特性为最优，其调节稳定，调节性能好。而抛物线特性又比线性特性的调节性能好，可根据使用场合的要求不同，挑选其中任何一种流量特性。
控制阀流量特性解析 控制阀的流量特性是控制阀重要技术指标之一，流量 特性的偏差大小直接影响自动控制系统的稳定， 位希望所选用的控制阀具有标准的固有流量特性，而控制 阀生产企业 要想制造出完全符合标准的固有流量特性控制 阀是非常困难的，因直线流量特性相对简单， 所以本文重点对等百分比流量特性进行讨论。 控制阀的流量特性是指介质流过阀门的相对流量与相 对行程之间的关系，数学表达式为 Q/Qmax = f （l/L ）, 式中:Q/Qmax —相对流量。指控制阀在某一开度时的流 量Q 与全开流量 Qmax 之比； l/L —相对行程。指控制阀在某一开度时的阀芯行 程l 与全开行 程L 之比 一般来讲，改变控制阀的流通面积便可以控制流量。 但实际上由于多种因素的影响，在节流面积发生变化的同 时，还会产 引起流量的变化，为了便于分析，先假定阀前、阀后 压差 不变，此时的流量特性称为理想流量特， 理想流量特性主要有等百分比（也称对数）、直线两种 常用特性，理想等百分比流量特性定义为：相对行程的等 值增量产生相对流量系数的等百分比增加的流量特性，数 学表达式为Q/Qmax = R l/L-1） 。 性。使用单 且应用较少， 生阀前、阀后压力的变化，而压差的变化又将 性。
理想直线流量特性定义为：相对行程的等值增量产生相对流量系数的等值增量的流量特性，数学表达式为Q/Qmax=1/R[1+( R-1) I/L] 式中F—固有可调比，定义为在规定偏差内的最大流量系数与最小流量系数之比。 常见的控制阀固有可调比有30、50两种 当可调比R=30和R=50时，直线、等百分比的流量特性在相对行程10%-100%寸各流量值见表一 表一 由上表可以看出，直线流量特性在小开度时，流量相对变化大，调节作用强，容易产生超调，可引起震荡，在大开度时调节作用弱，及时性差。而等百分比流量特性小开度时流量小，流量变化也小，在大开度时流量大，流量变化也大，调节作用灵敏有效。由于上述原因，在实际工况中多数场合优选等百分比流量特， 性。
流量特性 调节阀的流量特性，是在阀两端压差保持恒定的条件下，介质流经调节阀的相对流量与它的开度之间关系。调节阀的流量特性有线性特性，等百分比特性及抛物线特性三种。三种注量特性的意义如下： 等百分比特性 等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系，在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是相等的。所以它的优点是流量小时，流量变化小，流量大时，则流量变化大，也就是在不同开度上，具有相同的调节精度。 线性特性 线性特性的相对行程和相对流量成直线关系。单位行程的变化所引起的流量变化是不变的。流量大时，流量相对值变化小，流量小时，则流量相对值变化大。抛物线特性 流量按行程的二方成比例变化，大体具有线性和等百分比特性的中间特性。 从上述三种特性的分析可以看出，就其调节性能上讲，以等百分比特性为最优，其调节稳定，调节性能好。而抛物线特性又比线性特性的调节性能好，可根据使用场合的要求不同，挑选其中任何一种流量特性。 线性。等百分比，快开流量特性： 线性一般用于液位控制，等百分比特性一般用于压力、温度控制，快开特性用于两位式控制，等百分比特性用得比较多。 调节阀的流量特性目前常用的是这三种：等百分比、线性和快开。选择阀的流量特性是基于这个回路的调节特性应为线性的比较好，所以我们通常选择等百分比特性的原因是实际流量特性是有歧变的，如果理想流量特性选等百分比特性，歧变后的实际流量特性就近似为线性的；选择线性特性的原因是一是阀门的尺寸比较小，将其制造成等百分比特性较难，所以一般小流量的调节阀都是线性的；二是有些控制回路对精确控制要求不严格，而对变化趋势比较敏感，例如液位调节，可以选用线性特性。快开特性在调节回路中应用较少，主要是用于工艺要求参数变化较快的场合。 线性：一次曲线。
调节阀的流量特性、流通能力的计算与选择 摘要：企业的能源计量已成为节能减排的重要方式，而流量调节阀作为流量控制中的重要方法，文章详细介绍了调节阀的流量特性，直线特性、等百分比特性及介于两者之间的抛物线特性的流量调节阀的作用及如何选型。 关键词：调节阀；流量特性；流通能力；等百分比特性；直线特性 调节阀作为一个执行器将来自控制器的信号，变成控制量作用在对象上。它是控制系统的重要组成部分，在选择使用时，应和选用传感器、变送器一样，从现有的商品中，选择能满足要求的产品。 下面介绍调节阀的流量特性和口径的计算。 1 调节阀的流量特性及其选择 1.1 调节阀的流量特性 调节阀的流量特性是指流过调节阀介质的相对流量与调节阀的相对开度之间的关系，即： 式中： Q/Q max：相对流量，即调节阀某一开度下的流量与全开流量之比； L/L max：相对开度，即调节阀某一开度下的行程与全开行程之比。 调节阀流量特性是由调节阀阀芯形状决定的。阀芯形状有柱塞阀和开口阀两类，而每一类都分为直线特性、等百分比特性和抛物线特性。此外还有平板形的快开特性。图1 是阀芯形状示意图，图2 是理想流量特性图。
图1 阀芯形状 图2 理想流量特性（1）直线特性；（2）等百分比特性；（3）快开特性；（4）抛物线特性 所谓理想流量特性是指阀前后压差在流量改变时保持不变条件下，所得到的流量特性，这自然应在实验条件下才能形成恒定的压差。 从图2 可以看出，各流量特性线，当开度为零时，相对流量为3.3%，可知在相对开度为零时为最小流量，且此最小流量与最大流量之比为3.3%，或者说最大流量与最小流量之比为30。直线流量特性的斜率等于常数，与相对流量值无关；等百分比流量特性的斜率与相对流量成正比；抛物线特性介于直线和等百分比特性之间。 1.2 调节阀流量特性的选择 工程所用调节阀的特性有直线特性、等百分比特性及介于两者之间的抛物线特性，此外还有快开特性。对于直通调节阀可用等百分比特性阀代替抛物线特性阀，而快开特性阀只应用于双位控制和程序控制中。因此，在选择阀门特性时，更多的是指如何选择等百分比特性阀和直线特性阀。 （1）等百分比特性阀应用场合：①管道阻力大时，或者阀前后压差变化比较大的情况，使用等百分比特性阀；②当系统负荷大幅度变化时，且各开度处的流量相对值变化为一定值，因此选用等百分比特性阀具有较强的适应性。
图2 图3 典型阀的流量特性
流量特性的选择 选择的原则是：选择的流量特性却好与调节对象的特性和调节器的特性相反。这样，调节系统的综合特性可接近于线性。 但是，对调节阀制造厂来说，实际上不可能都通晓各个工艺流程的管道流阻、储压罐及泵类等装置的特性。用户是根据掌握的具体资料来选择调节阀的流量特性，大多选用等百分比流量特性。 选择基本原则是： 1、线性流量特性 (1)压差变化小，几乎恒定。 (2)整个系统的压力损失大部件分配在阀上（开度变化，阀上压差变化相对较小）。 (3)外部干扰小，给定植变化小。（可调范围要求小的场合）。 (4)工艺流程的主要参数的变化呈线性。 2、等百分比流量特性 (1)要求大的可调范围。 (2)管道系统压力损失大。 (3)开度变化,阀上压差变化相对较大。 阀芯型式 调节阀阀芯有等百分比流量特性和线性流量特性，其几何形状有柱塞形、V形缺口和套筒形等。 １、柱塞形阀芯 柱塞形阀芯的流量特性，有等百分比特性和线性特性两种，还有气密性的嵌聚四氟乙烯阀座的阀芯2、V形缺口阀芯 它是三通阀阀芯，流量特性为线性。 3、套筒形阀芯 笼式阀的流量特性，由套筒窗口几何形状决定的。流量特性有等百分比和线性两种。还有气密性的嵌聚四氟乙烯阀座的阀芯。 大口径阀和高温阀采用分离式套筒，低噪音笼式阀可以降低噪音。 4 、快开特性（两位式）阀芯 快开阀芯几何形状呈平底器皿形，有表面堆焊司太莱合金（QS)的阀芯，也有气密性的嵌聚四氟乙烯阀座的阀芯。如阀座密封面承受密封压力太大，可改用线性阀芯，但它的允许压差不宜太大。 ５、偏心旋转阀芯（凸轮挠曲阀用） 偏心旋转阀芯可调范围100:1,固有流量特性接近线性。但在40％开度以内，流量特性近似于等百分比特性，通过变换阀门定位器反馈凸轮，可把这个固有流量特性改变成等百分比特性。另外嵌聚四氟乙烯阀座的阀芯，可达到气密性。 压力和温度等级 阀体是连接在工艺管道上的压力容器，选择公称压力目的是使阀体长期受到流体温度、压力和管道应力作用，而不损坏。 标准的公称压力一般按工艺管道规格的标准来决定。常用的公称压力JIS标准到63kg/cm2,ANSI标准到2500磅，GB标准到PN6.3MPa。 标准的公称压力 一般来说，阀体壁厚由阀体壁厚强度与当时流体温度下材料许可压力和流体压力有关。但是工艺流体条件千变万化，不可能对这个条件进行计算。 因此，在ANSI B16.5-1997标准规定的标准公称压力条件下，壁厚是由某一个选定的设计应力（7000psi）来决定的。而与材料种类无关，按材料种类确定应力·温度等级关系。
1 概述 用以测量管路中流体流量(单位时间内通过的流体体积)的仪表。有转子流量计、节流式流量计、细缝流量计、容积流量计、电磁流量计、超声波流量计和堰等。 流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。 这60多种流量仪表,每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类;按测量目的又可分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计。 总量表测量一段时间内流过管道的流量,是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示,实际上流量计通常亦备有累积流量装置,做总量表使用,而总量表亦备有流量发讯装置。因此,以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。 按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。按照目前最流行、最广泛的分类法,即分为:容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计、探针式流量计，来分别阐述各种流量计的原理、特点、应用概况及国内外的发展情况。 1.1差压式流量计 差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。 差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。 二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表,它既可测量流量参数,也可测量其它参数(如压力、物位、密度等)。 差压式流量计的检测件按其作用原理可分为:节流装置、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式几大类。 检测件又可按其标准化程度分为二大类:标准的和非标准的。 所谓标准检测件是只要按照标准文件设计、制造、安装和使用,无须经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。 非标准检测件是成熟程度较差的,尚未列入国际标准中的检测件。 差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来,由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类流量计。优点: (1)应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长; (2)应用范围广泛,至今尚无任何一类流量计可与之相比拟;
调节阀的流量特性如何选择 控制阀的流量特性是介质流过控制阀的相对流量与相对位移（控制阀的相对开度）间的关系，一般来说改变控制阀的阀芯与阀座的流通截面，便可控制流量。但实际上由于多种因素的影响，如在截流面积变化的同时，还发生阀前后压差的变化，而压差的变化又将引起流量的变化。 在阀前后压差保持不变时，控制阀的流量特性称为理想流量特性；控制阀的结构特性是指阀芯位移与流体流通截面积之间的关系，它纯粹由阀芯大小和几何形状决定，与控制阀几何形状有关外，还考虑了在压差不变的情况下流量系数的影响，因此，控制阀的理想流量特性与结构特性是不同的。 理性流量特性主要由线性、等百分比、抛物线及快开四种。在实际生产应用过程中，控制阀前后压差总是变化的，这时的流量特性称为工作流量特性，因为控制阀往往和工艺设备串联或并联使用，流量因阻力损失的变化而变化，在实际工作中因阀前后压差的变化而使理想流量特性畸变成工作特性。 控制阀的理想流量特性，在生产中常用的是直线、等百分比、快开三种，抛物线流量特性介于直线与等百分比之间，一般可用等百分比来代替，而快开特性主要用于二位式调节及程序控制中。因此，控制阀的特性选择是指如何选择直线和等百分比流量特性。 目前控制阀流量特性的选择多采用经验准则，可从下述几个方面考虑： 1、从调节系统的质量分析 下图是一个热交换器的自动调节系统，它是由调节对象、变送器、调节仪表和控制阀等环节组成。 K1变送器的放大系数，K2调节仪表的放大系数，K3执行机构的放大系数，K4控制阀的放大系数，K5调节对象的放大系数。 很明显，系统的总放大系数K为：K=K1*K2*K3*K4*K5 K1、K2、K3、K4、K5分别为变送器、调节仪表、执行机构、控制阀、调节对象的放大系数，在负荷变动的情况下，为使调节系统仍能保持预定的品质指标；则希望总的放大系数在调节系统的整个操作范围内保持不变。通常，变送器、调节器（已整定好）和执行机构的放大系数是一个常数，但调节对象的放大系数却总是随着操作条件变化而变化，所以对象的特性往往是非线性的。因此，适当选择控制阀的特性，以阀的放大系数的变化来补偿调节对象放大系数的变化，而使系统的总放大系数保持不变或近似不变，从而提高调节系统的质量。 因此，控制阀流量特性的选择应符合： K4*K5=常数 对于放大系数随负荷的加大而变小的现象，假如选用放大系数随负荷加大而变大的等百分