在工程中我们会经常遇到需要较为精确控制流量的场合，这时，各个控制阀门所控制的流量要求按较为严格的比例关系向下游设备提供所需的流体流量，以保证生成产物的品质，并减小原料的浪费，减轻下游分离回收设备的工作负荷。控制阀本身的动态响应特性决定了控制流量的精确程度，这是一个大的系统问题。控制阀过流部分的流场特性对控制流量的精确程度会有比较大的影响，同时也影响着控制回路的设计，本文针对Flow Simulation在控制阀的过流部分设计所起到的指导作用进行重点阐述。计算模型如图1。

图1

模型忽略了其他的零部件，重点突出了阀芯与流体边界：介质为干燥的空气，进口平均速度为5m/s;出口压力受下游设备容积和反应动力平衡等因素的影响，是一个变化的数值，为简化说明，近似为1.1个大气压;气体进口温度约为350K。边界为没有热传递的绝热墙，表面粗糙度0.02mm，绝热墙材料为304不锈钢，如图2。

图2

在模型完成后，就可以确定流体的边界了：利用SolidWorks提供的在进口和出口处加盖的方法，就可以方便地确定出内部流体的范围。

从初始条件可以看出：气体介质的平均流速不高，在气体运动速度小于0.3马赫时，不考虑气体的可压缩性，因此认为是刚性的。且在进入控制阀以前有一段较长的管道，气体在管道中的速度分布发展比较完全。在进入阀芯以前可以近似认为速度是均匀的。对初始条件的预判断是很重要的，在流体分析中，包括牛顿流体与非牛顿流体，进口和出口位置的选择对整个分析是有影响的，因为当流体遇到要迫使其改变运动状态的物体后，其运动状态会有一个动态调整发展阶段，这个调整过程如图3所示。因此在选择计算模型时，要确定出一个比较理想的位置——能包括整个完整调整发展长度，这样才可以得出一个比较准确的计算结果，当然一次计算无法确定理想的边界位置，需要多次计算。
 

图3

另一个需要确定的参数，是在进口处的紊流扰动程度，一般是根据不同的应用在1%～5%之间取值，Flow Simulation默认的系数为2%，这个系数和入口的形状、边界墙的粗糙度等均有关系，同时还与前面讲到的上游流体的调整长度也有关系，对于此次计算的模型，因为是圆形进口，同时考虑到扰动的产生和发展长度，笔者认为取3.8%比较有计算效率。

在定义进口与出口初始条件时，一般地，对进口要给定速度流量或质量流量，出口要给定一个静态压力，这样是比较合理的，特别是对于可压缩流体来说，质量是守恒的，也可以避免计算结果的冲突。设定如图4所示。

图4