熱力學效應對高溫高壓調節閥空化的影響

何慶中1，劉 佳，陳雪峰，劉 惺1，徐紅財，童思敏

(1.四川輕化工大學 機械工程學院，四川 自貢 643000；2.華夏閥門有限公司，四川 自貢 643000)

空化是高溫高壓調節閥在使用過程中常見的現象，產生區域主要集中在調節閥節流元件內。當介質經過高壓差節流孔時，壓力驟降至該溫度的飽和蒸汽壓以下，液態介質汽化產生空泡，并伴隨著高流速沖刷在閥門零件上，造成汽蝕，甚至嚴重危害閥門的運行安全。現有針對調節閥空化流動的研究多是假設在等溫條件下進行，沒有考慮到高溫介質的熱力學特性。在高溫高壓調節閥中，高溫水的物質屬性(如密度、定壓比熱、飽和蒸汽壓等)對溫度變化非常敏感。介質發生降壓空化時，會有大量的汽化潛熱和能量轉化，進而在空化區域形成明顯的溫度梯度，引起飽和蒸汽壓的變化，對空化流動產生影響。因此開展高溫高壓條件下的調節閥空化研究具有非常重要的意義。

目前，對于空化熱力學效應的研究主要集中在低溫液氮和高溫水兩種介質中進行，而由于空化現象的復雜性，數值模擬方法是當前主要采用的研究方法[1]。王柏秋等[2]提出基于Rayleigh-Plesset方程的Singhal[3]空化模型所表達的物理內涵豐富，能夠較好地反映空化問題的細節，在研究空化問題時被廣泛使用。時素果等[4]將Singhal，Kunz，Ku-bota空化模型和液氮物理屬性隨溫度變化的函數導入CFX軟件中，結果表明翼型模型在熱力學效應下的空化長度比等溫工況下有所減少。王巍等[5]采用Singhal全空化模型并導入UDF函數，對不同溫度流體繞翼型流動進行分析，結果表明空化區域溫度降低引起當地飽和蒸汽壓力降低，抑制空化的發展。……