节流阀流量特性曲线求解方法
阀门流量特性曲线图结构
用
途
阀门是一种管路附件。 改变通路断面和介质流动方向，控制输送介质流动的一种装置。
1. 接通或截断管路中的介质。 2. 调节、控制管路中介质的流量和压力。
3. 改变管路中介质流动的方向。 4. 阻止管路中的介质倒流。 5. 分离介质。 6. 指示和调节液面高度。 7. 其他特殊用途。
阀体 阀盖 启闭件 阀芯、阀瓣 阀座 密封面 阀杆 填料函
密封性能—阀杆
阀杆是带动启闭件使阀门开启和关闭的重要部件，因 为阀杆是可动件。所以是最易产生外漏的部件。因此，阀 杆密封对于阀门来讲是非常重要的。
阀杆的密封通常用压缩填料。压缩填料是指压入填 料函内使阀杆周围密封的软质材料。
材质
1.壳体：铜（黄铜、青铜）、铸铁、球墨铸铁、铸钢 2.内件：铜、不锈钢 3.密封：EPDM、NBR、PTFE
阀门流量特性曲线图结构
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概念、用途
阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截断、调 节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。
阀门零部件
参数--公称通径
阀门的公称通径是管路系统中所有管路附件用数字表 示的尺寸。公称通径是供参考用的一个方便的圆整数，与加 工尺寸呈不严格的关系。
公称通径用字母“DN”后跟一个数字标志。
各种参数—压力
1.公称压力 阀门的公称压力PN是一个用数字表示的与压力有关的标示代号，是仅供参考用的一 个方便的圆整数。
2.试验压力 ⅰ阀门的壳体试验压力是指对阀门的阀体和阀盖等联结而成的整个阀门外壳进行试 验的压力，其目的是检验阀体和阀盖的致密性及包括阀体与阀盖联结处在内的整个壳体的 耐压能力。 ⅱ阀门的密封和上密封试验压力是检验启闭件和阀体密封副密封性能和阀杆与阀盖 密封副密封性能的试验压力。
阀门流量特性曲线图及分类
阀门流量特性曲线图及分类阀门的的流量特性，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。
流量特性是调节阀的一种重要技术指标和参数。
在调节阀应用过程中做出正确的选型具有非常重要的意义。
阀门流量特性可定义为：被控介质流过阀门的相对流量，与阀门的相对开（相对位移）间的关系称为调节阀的流量特性。
一般来说分为直线、等百分比（对数）、抛物线及快开四种！具体描述及优点如下：一，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。
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。
二，等百分比特性（对数）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。
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。
三，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。
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。
四，快开流量特性是指在开度较小时就有较大的流量，随着开度的增大，流量很快就能达到最大，此后再增加开度，流量变化很小，故被称为快开特性。
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，球阀的流量特性在中启闭阶段为直线，在中间开度的时候为等百分比特性。
在一般情况下，球阀和蝶阀通常不被做调节之用，如果做调节用，也是在开度很小的情况下才起到调节作用，一般可以归为快开型，而真正作为调节用的大部分基本上是截止阀，把阀头加工成如抛物线形锥形、球形等，都会用不同的曲线特性，一般来说作为调节，基本上百分比的特性用的比较多。
阀门的流量特性曲线
快 开 型 流 量 特 性 示 意 图
阀 芯 特 点 形 成 不 同 的 特 性
阀 芯 的 构 成
阀 门 的 固 有 特 性 曲 线
相对行程%
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
相对流量%
3.33
4.68
6.58
9.25
12.99
18.26
25.65
36.05
50.65
71.17
100
3。快开流量特性 此种流量特性的控制阀在开度较小时就有较大的流量，随着开度的增大，流 量很快就达到最大；此后再增加开度，流量变化很小，故称快开性流量特性。 它的相对流量与相对行程的函数关系用下式描述： dq=Kv2q-1dι 代入边界条件，求解得到快开流量特性的函数关系是 q=Q/Qmax=(1/R)√1+(R2-1)L/Lmax=(1/R)√1+(R2-1)ι 快开流量特性控制阀的增益Kv2与流量的倒数成正比，或Kv2∝1/Q,随流量增 大，增益反而减小。 由于这种流量特性的控制阀在小开度时就有较大流量，在增大开度，流量变 化已很小，因此称之为快开流量特性。通常有效行程在1/4阀座直径。 快开流量特性的增益： Kv2=[(Q2max-Q2min)/2Lmax]1/R 工厂实际使用的快开流量特性的函数关系如下 q=Q/Qmax=1-(1-1/R)(1-L/Lmax)2=1-(1-1/R)(1-ι )2 实际快开流量特性的增益 Kv2=2Qmax/Lmax(1-1/R)(1-L/Lmax)
1。线性流量特性 线性流量特性关系是指平衡阀的相对流量与相对位移成直线关系。 即单位位移变化所引起的流量变化是常数。用函数的关系描述为 dq=Kv2dι 两边积分，并带入边界条件 L=0 Q=Qmax L=Lmax Q=Qmax 如果定义控制阀的固有可调比 R=Qmax/Qmin 则带入积分常数后，线性流量特性表示 q=Q/Qmax=1/R[1+(R-1)· L/Lmax]=(R-1/R)ι +1/R 上式表明，线性流量特性平衡阀的相对流量与相对行程呈现线性关系， 直线的斜率是（R-1)/R,截距是1/R.因此，线性流量特性控制阀的增益Kv2 （即直线方程的斜率）与可调比R有关；与最大流量Qmax和流过阀门的流 量Q无关。Kv2 是常数。即增益Kv2=1-1/R.可调比R不同，表示最大流量与 最小流量之比不同，从相对流量坐标看，表示为相对行程为零时的起点不 同，起点的相对流量是1/R。由于最大行程时获得最大流量，因此，相对 行程为1时的相对流量为1。线性流量特性控制阀在不同的行程，如果行程 变化相同，则流量的相对变化量不同。 例：计算R=30时线性流量特性控制阀，行程变化量为10%时，不同行程位置 的相对变化量？
节流阀的流量计算公式
节流阀的流量计算公式节流阀是一种常见的控制流量的装置，在许多工程和工业应用中都发挥着重要作用。
要理解节流阀的工作原理和性能，掌握其流量计算公式是关键。
先来说说节流阀是啥。
打个比方，咱家里的水龙头，拧大拧小能控制水流的大小，这节流阀就跟水龙头有点像，只不过它控制的可能不是水，而是各种液体或者气体的流量。
那节流阀的流量计算公式是咋来的呢？这就得从流体力学的一些基本原理说起。
咱们先得明白一个概念，叫“节流效应”。
简单来说，就是当流体通过一个狭窄通道的时候，压力会下降，速度会增加，流量也会相应发生变化。
节流阀的流量计算公式通常会涉及到一些参数，比如节流口的形状、大小，流体的压力、温度、密度等等。
常见的公式有好几种，比如薄壁小孔节流公式、短孔节流公式、细长孔节流公式。
咱拿薄壁小孔节流公式来说，它长这样：Q = Cq A √(2ΔP / ρ) 。
这里的 Q 就是流量啦，Cq 是流量系数，A 是节流口的面积，ΔP 是节流阀前后的压力差，ρ 是流体的密度。
给您讲讲我之前遇到的一个事儿。
有一次在工厂里，设备出了点问题，流量一直不稳定。
我们几个技术人员就围着那节流阀琢磨。
我拿着图纸，对照着上面的参数，一个一个去测量，计算。
那时候可紧张了，因为生产线上还等着这设备恢复正常运行呢。
我满头大汗，一边擦汗一边反复核算那些数据，就怕哪里出错。
最后发现是节流口有点堵塞，清理之后，再根据公式重新调整了参数，流量终于正常了，大家都松了一口气。
再说短孔节流公式和细长孔节流公式，它们适用的情况不太一样。
短孔节流公式在压力差较大的时候更适用，而细长孔节流公式则在液体黏度影响较大的时候用得多。
在实际应用中，要准确使用这些公式，可不能马虎。
得把各种因素都考虑周全，测量的数据也要精确，不然算出来的流量可就不准啦。
而且不同的流体特性也会对结果产生影响，比如黏性大的流体和黏性小的流体，那计算结果可能就差别不小。
总之，节流阀的流量计算公式虽然看起来有点复杂，但只要咱搞清楚原理，结合实际情况，认真测量和计算，就能让节流阀乖乖听话，为我们的生产和工程服务。
阀门的流量特性曲线
解：不同行程ι时的相对的流量如下表 相对流量变化10%时， 在相对流量10%处，相对流量的变化量为(22.67-13)/13=74.38%； 在相对流量50%处，相对流量的变化量为(61.33-51.7)/51.7=18.62%； 在相对流量90%处，相对流量的变化量为（100-90.33)/90.33=10.71%。 示例说明，线性流量特性的控制阀在小开度时，流量小，但相对变化
快开流量特性控制阀相对行程和相对流量关系（R=30)
相对行程%
0
10 20 30 40
50
60
70
80
90 100
理想快开 3.33 31.78 44.82 54.84 63.30 70.75 77.49 83.69 89.46 94.87 100
相对流量
%
%
实际快开 3.33 21.7 38.13 52.63 65.2 75.83 84.53 91.3 96.13 99.03 100
解：根据q=R(ι-1)计算不同相对行程ι和相对流量q
相对行程变化10% 。 在相对行程10%处，相对流量的变化量(6.58-4.68)/4.68=40.50% 在相对行程50%处，相对流量的变化量（25.65-18.26)/18.28=40.50% 在相对行程90%处，相对流量的变化量（100-71.17)/71.17=40.50%
量大，灵敏度很高，行程稍有变化就会引起流量的较大变化，因此在小开度 时容易发生震荡。在大开度时，流量大，但流量的相对变化量小，灵敏度很低 ，行程要有较大变化才能够时流量有所变化，因此，在大开度时控制呆滞，调 节不及时，容易超调，使过渡过程变慢。
相对行程 0
10 20
30
40 50 60
阀门流量特性曲线图结构
概念、用途
阀门是流体输送系统中的控制部件，具有截断、调节、 导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。
用
途
阀门是一种管路附件。
改变通路断面和介质流动方向，控制输送介质流动的一种装置。 1. 接通或截断管路中的介质。
2. 调节、控制管路中介质的流量和压力。
3. 改变管路中介质流动的方向。 4. 阻止管路中的介质倒流。 5. 分离介质。 6. 指示和调节液面高度。
密封性能—阀杆
阀杆是带动启闭件使阀门开启和关闭的重要部件，因 为阀杆是可动件。所以是最易产生外漏的部件。因此，阀 杆密封对于阀门来讲是非常重要的。 阀杆的密封通常用压缩填料。压缩填料是指压入填料 函内使阀杆周围密封的软质材料。
材
质
1.壳体：铜（黄铜、青铜）、铸铁、球墨铸铁、铸钢 2.内件：铜、不锈钢 3.密封：EPDM、NBR、PTFE
密封性能--密封面
阀门的密封面是指阀座与关闭件互相接触而进行关闭 的部分。 由于阀门在使用过程中密封面在进行密封中要受到冲 刷和磨损，所以阀门的密封性能随着使用时间而减低。
1. 金属密封面
2. 软密封面
密封性能—垫片
垫片是阀门产生外漏的关键因素之一 1. 金属平垫片 2. 压缩石棉纤维垫片 3. 缠绕式垫片
阀权度对流量特性曲线的影响
等百分比特性
线性特性
快开型：行程较小时，流量就比较大，随着行程的增大流量很快 达到最大。阀的有效行程＜d/4（d为阀座直径）。行程再增大时已不 起调节作用，适用于双位控制。
调节阀流量特性曲线的选择
期望的阀门控制信号—热量输出曲线图
实际的换热器/风机盘管流量—热量输出特性曲线
期望的阀门开度/信号—流量特性曲线
流量控制阀原理及节流口形式
(3)节流口的堵塞。
节流阀的节流口可能因油液中的杂质或由于油液氧化后析出的胶质、沥青等而局部堵塞,这就改变了原来节流口通流面积的大小,使流量发生变化,尤其是当开口较小时,这一影响更为突出,严重时会完全堵塞而出现断流现象。
因此节流口的抗堵塞性能也是影响流量稳定性的重要因素,尤其会影响流量阀的最小稳定流量。
一般节流口通流面积越大,节流通道越短和水力直径越大,越不容易堵塞,当然油液的清洁度也对堵塞产生影响。
一般流量控制阀的最小稳定流量为0.05l/min。
综上所述,为保证流量稳定，节流口的形式以薄壁小孔较为理想。
图5-29所示为几种常用的节流口形式。
图5-29(a)所示为针阀式节流口,它通道长,湿周大,易堵塞,流量受油温影响较大，一般用于对性能要求不高的场合;图5-29(b)所示为偏心槽式节流口,其性能与针阀式节流口相同,但容易制造,其缺点是阀芯上的径向力不平衡,旋转阀芯时较费力,一般用于压力较低、流量较大和流量稳定性要求不高的场合;图5-29(c)所示为轴向三角槽式节流口,其结构简单,水力直径中等,可得到较小的稳定流量,且调节范围较大,但节流通道有一定的长度,油温变化对流量有一定的影响,目前被广泛应用,图5-29(d)所示为周向缝隙式节流口,沿阀芯周向开有一条宽度不等的狭槽,转动阀芯就可改变开口大小。
阀口做成薄刃形,通道短,水力直径大,不易堵塞,油温变化对流量影响小,因此其性能接近于薄壁小孔,适用于低压小流量场合;图5-29(e)所示为轴向缝隙式节流口,在阀孔的衬套上加工出图示薄壁阀口,阀芯作轴向移动即可改变开口大小,其性能与图5-29(d)所示节流口相似。
为保证流量稳定，节流口的形式以薄壁小孔较为理想。
图5-29典型节流口的结构形式图5-30节流元件的作用在液压传动系统中节流元件与溢流阀并联于液泵的出口,构成恒压油源,使泵出口的压力恒定。
如图5-30(a)所示,此时节流阀和溢流阀相当于两个并联的液阻,液压泵输出流量q p不变,流经节流阀进入液压缸的流量q1和流经溢流阀的流量δq的大小由节流阀和溢流阀液阻的相对大小来决定。
7.1节流口流量特性
α
D
图7.2(c) 三角槽式节流口 本节流口结构简单，水力半径大，调节范围较大。小流 量时稳定性好，最低对流量的稳定流量为50ml/min。因小 因小 流量稳定性好，是目前应用最广的一种节流口。 流量稳定性好，是目前应用最广的一种节流口。
l h
α
D
h b
α φ φ
a
(5)周向缝隙式节流口 周向缝隙式节流口 阀芯上开有狭缝，旋转阀芯可以改变缝隙的通流面积 大小。这种节流口可以作成薄刃结构，从而获得较小的稳 定流量，但是阀芯受径向不平衡力，只适于低压节流阀中。
D
h≤B；B — 阀体沉割槽的宽度。
直角凸肩节流口
(2)针阀式（锥形凸肩）节流口 针阀式（锥形凸肩） 针阀式
h
特点：结构简单， 可当截止阀用。调节 范围较大。由于过流 断面仍是同心环状间 隙，水力半径较小， 小流量时易堵塞，温 度对流量的影响较 大。一般用于要求较 低的场合 。
针阀（锥形） 图7.2(a) 针阀（锥形）节流口
7.1.2 影响流量稳定性的因素
液压系统在工作时，希望节流口大小调节好后，流量 Q稳定不变。但实际上流量总会有变化，特别是小流量 时，影响流量稳定性与节流口形状、节流压差以及油液温 度等因素有关。 （1）压差变化对流量稳定性的影响 ） 当节流口前后压差变化时，通过节流口的流量将随 之改变，节流口的这种特性可用流量刚度T来表征。
1 细长孔
Q
3
m=1
α3 α2
簿壁口
α1
2
m=0.5
∆p1
∆p2
∆p
由式（7.2）可知： 流量刚度与节流口压差成正比，压差越大，刚度越大； 压差一定时，刚度与流量成反比，流量越小，刚度越大； 系数m越小，刚度越大。薄壁孔（m＝0.5）比细长孔（m ＝1）的流量稳定性受∆P变化的影响要小。因此，为了 获得较小的系数m，应尽量避免采用细长孔节流口，应使 节流口形式接近于薄壁孔口，以获得较好的流量稳定性。
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书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
节流阀流量特性曲线求解方法
建立了节流阀整体有限元数字模型，分析了节流阀的流量特性，进行了不同开度下的流场网格划分及边界条件施加和求解，绘制了流量特性曲线，形成了关于节流阀流量特性求解的通常方法。
1、概述节流阀是通过改变节流截面积控制流体流量的阀门，其主要由阀体、阀盖、阀杆和阀瓣等零部件组成。
阀门的节流元件阀瓣多为圆锥流线型，通过改变阀门的节流面积达到调节流量和压力。
随着有限元软件的发展，为节流阀阀瓣节流面设计带来了更精确的方法，同时通过有限元求解对阀门不同开度下的流量进行整合分析得到节流阀流量特性曲线，从而可以直观的反应该阀门的流量调节性能，满足客户的使用要求。
2、流场分析应用Solidworks 软件对节流阀进行整体有限元数模建立，通过Solidworks Flowworks 对节流阀进行了不同开度下的流量测定。
2.1、数学模型
在Solidworks 软件中，应用拉伸和旋转等实体命令，建立实体模型，再应用装配模块对各零部件进行装配(2.2、网格划分
将建立的立体数学模型，导入到Solidworks Flowworks 模块中，对其进行流场网格划分，分别对节流阀阀瓣开启高度h 为4.5mm(2.3、边界条件加载边界条件是确定分析初始状态，设定内部流体为水，阀前设置流量为
3m3/h，温度为室温，试验压力为6kPa。
2.4、求解
应用Solidworks Flowworks 求解器对节流阀不同开度下的流场进行求解，从分析结构可以发现，当开度为4.5mm 时，阀瓣与阀座附近最大流速为。