文丘里定风量阀的阀芯绕流阻力系数研究

在设计文丘里阀时，计算阀芯所受到的绕流阻力大小是确定阀芯所在位置的关键步骤，但利用现有公式进行文丘里阀阀芯绕流阻力计算时，绕流阻力系数变化较大，不利于绕流阻力的计算。所以本文针该问题，提出了可以通过改变绕流阻力计算公式中速度取速点以及部分阀芯几何参数的方法，以维持绕流阻力系数的稳定。并利用ANSYS软件建立了三维阀体仿真数值模拟模型，并进行了不同开口大小和不同结构参数下的绕流阻力系数对比分析。同时，搭建了风洞实验平台，进行了数值模拟模型的对比试验，验证了仿真模型的准确性。研究结果表明，随着取得流体速度的位置越靠近最窄通流面积而趋于稳定，且在最窄通流面后0~2 mm计算出的绕流阻力系数最为平稳，同时改变阀芯的几何参数，同样会影响绕流阻力系数的稳定性。

目前可实现风量控制的定风量阀主要分为两类。一种是智能控制的蝶阀，该阀利用流量传感器测量通过阀体的流量并反馈，通过电路控制蝶片转动调节开口大小实现流量控制。另一种是利用机械装置进行风量控制的文丘里阀。

文丘里定风量阀可在其阀体两端压力在150 Pa~750 Pa 变化的情况下保持通过的风量恒定设定值。相比蝶阀，文丘里阀制作成本低、控制精度高且反应速率快，因此广泛应用于医院手术室、生化实验室、洁净室等需要精确控制气流的场所[1]。

目前国内市场被美国Phoenix Controls、加拿大ROSEMEX 和韩国Surjin Air Conditioning 等外国企业垄断[2]。近几年国内同样进行了相关阀体的探究，中国矿业大学的彭茜等人[3]进行了压力无关型定风量控制阀的设计研究，并对部分结构进行了优化。上海理工大学的翁文兵等人[4]进行了文丘里定风量阀的力学性能实验研究，研究了扰流阻力系数与阀芯位置的关系。但都未涉及对其阀芯绕流阻力系数稳定性的研究。

而在设计文丘里阀时，计算阀芯所受到的绕流阻力大小是确定阀芯所在位置的关键步骤，但利用现有公式进行文丘里阀阀芯绕流阻力计算时，绕流阻力系数变化较大，不利于绕流阻力的计算。本文在邓玉海关于绕流阻力量纲分析研究[5]的基础上，进行了绕流阻力系数相关的研究。首先介绍了文丘里定风量阀的基本结构，然后建立了基于文丘里阀的流体仿真模型， 并对阀体内部的流场分布进行了初步分析。

同时，通过实验验证了仿真模型的准确性。最后，利用仿真模型研究了不同阀体缩口角、不同阀芯锥度角和不同阀芯前掠现状对扰流阻力系数在不同开口状态下的稳定程度的影响，并通过仿真结果和理论分析得出了相应的结论。