調(diào)節(jié)閥門的基本定義與計(jì)算

調(diào)節(jié)閥門的基本定義與計(jì)算——摘自《調(diào)節(jié)閥使用與維修》吳國(guó)熙著調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比就是調(diào)節(jié)閥所能控制的最大流量與最小流量之比?？烧{(diào)比也稱可調(diào)范圍，若以R來表示，則

（1）

要注意最小流量Qmin和泄漏量的含義不同。最小流量是指可調(diào)流量的下限值，它一般為最大流量Qmax的2%～4%，而泄漏量是閥全關(guān)時(shí)泄漏的量，它僅為最大流量的0.1%～0.01%。1、理想可調(diào)比

當(dāng)調(diào)節(jié)閥上壓差一定時(shí)，可調(diào)比稱為理想可調(diào)比，即

（2）

也就是說，理想可調(diào)比等于最大流量系數(shù)與最小流量系數(shù)之比，它反映了調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)能力的大小，是由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所決定的。一般總是希望發(fā)可調(diào)比大一些為好，但由于閥芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工方面的限制，流量系數(shù)Kvmin不能太小，因此，理想可調(diào)比一般均小于50。目前我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)時(shí)取R等于30。2、實(shí)際可調(diào)比

調(diào)節(jié)閥在實(shí)際工作時(shí)不是與管路系統(tǒng)串聯(lián)就是與旁路關(guān)聯(lián)，隨管路系統(tǒng)的阻力變化或旁路閥開啟程度的不同，調(diào)節(jié)閥的可調(diào)比也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，這時(shí)的可調(diào)比就稱為實(shí)際可調(diào)比。（1）串聯(lián)管道時(shí)的可調(diào)比

如圖1所示的串聯(lián)管道，由于流量的增加，管道的阻力損失也增加。若系統(tǒng)的總壓差△Ps不變，則分配到調(diào)節(jié)閥上的壓差相應(yīng)減小，這就使調(diào)節(jié)閥所能通過的最大流量減小，所以，串聯(lián)管道時(shí)調(diào)節(jié)閥實(shí)際可調(diào)比會(huì)降低。若用R'表示調(diào)節(jié)閥的實(shí)際可調(diào)比，則令

（3）則

（4）式中△Pvmax—調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)閥前后的壓差約等于系統(tǒng)總壓差；

△Pvmin—調(diào)節(jié)閥全開時(shí)閥前后的壓差；

△Ps—系統(tǒng)的壓差。

s—調(diào)節(jié)閥全開時(shí)閥前后壓差與系統(tǒng)總壓差之比，稱為閥阻比，也稱為壓降比。

由式（4）可知，當(dāng)s值越小，即串聯(lián)管道的阻力損失越大時(shí)，實(shí)際可調(diào)比越小。它的變化情況如圖2所示。

（2）并聯(lián)管道時(shí)的可調(diào)比

如圖3所示的并聯(lián)管道，當(dāng)打開與調(diào)節(jié)閥并聯(lián)的旁路時(shí)，實(shí)際可調(diào)比為：若令

則

（5）

從上式可知：當(dāng)X值越小，即旁路流量越大時(shí)，實(shí)際可調(diào)比就越小。它的變化如圖4所示。從圖中可以看出旁路閥的開度對(duì)實(shí)際可調(diào)比的影響極大。

從式（4）可得

一般來說，R≥1，所以

（6）

上式表明并聯(lián)實(shí)際可調(diào)比與調(diào)節(jié)閥本身的可調(diào)比無關(guān)。調(diào)節(jié)閥的最小流量一般比旁路流量小得多，故其可調(diào)比實(shí)際上只是總管最大流量與旁路流量的比值。

綜上所述，串聯(lián)或并聯(lián)管道都將使實(shí)際可調(diào)比下降，所以在選擇調(diào)節(jié)閥和組成系統(tǒng)時(shí)不應(yīng)使s值太小，要盡量避免打開并聯(lián)管道的旁路閥，以保證調(diào)節(jié)閥有足夠的可調(diào)比。閃蒸以及空化定義說明當(dāng)壓力為p1的液體流經(jīng)節(jié)流孔時(shí)，流速突然急劇增加，而靜壓力驟然下降，當(dāng)孔后壓力p2達(dá)到或者低于該流體所在情況下的飽和蒸氣壓pv時(shí)，部分液體就汽化成為氣體，形成汽液兩相共存的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為閃蒸。產(chǎn)生閃蒸時(shí)，對(duì)閥芯等材質(zhì)已開始有侵蝕破壞作用，而且影響液體計(jì)算公式的正確性，使計(jì)算復(fù)雜化。如果產(chǎn)生閃蒸之后，p2不是保持在飽和蒸汽壓以下，在離開節(jié)流孔之后又急驟上升，這時(shí)氣泡產(chǎn)生破裂并轉(zhuǎn)化為液態(tài)，這個(gè)過程即為空化作用?？s流體定義不可壓縮流體或要壓縮流體在流過調(diào)節(jié)閥時(shí)所達(dá)到的最大流量狀態(tài)（即極限狀態(tài)）。在固定的入口條件下，閥前壓力p1保持一定而逐步降低閥后壓力p2時(shí)，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量會(huì)增加到一個(gè)最大極限值，再繼續(xù)降低p2，流量不再增加，這個(gè)極限流量即為阻塞流。FL壓力恢復(fù)系數(shù)以及定義1、定義：

FL是閥體內(nèi)部幾何形狀的函數(shù)，它表示調(diào)節(jié)閥內(nèi)流體經(jīng)縮流處之后動(dòng)能變?yōu)殪o壓的恢復(fù)能力。2、說明：

一般，F(xiàn)L=0.5-0.8。當(dāng)FL=1時(shí)，p1-p2=p1-pvc，p1直接下降為p2，與原來的推導(dǎo)假設(shè)一樣。FL越小，P比p1-pvc小得越多，即壓力恢復(fù)越大。

各種閥門因結(jié)構(gòu)不同，其壓力恢復(fù)能力和壓力恢復(fù)系數(shù)也不相同。有的閥門流路好，應(yīng)允動(dòng)阻力小，具有高壓力恢復(fù)能力，這類閥門稱為高壓力恢復(fù)閥，例如球閥、蝶閥、文丘里角閥等。有的閥門流路復(fù)雜，流阻大，摩擦損失大，壓力恢復(fù)能力差，則稱為低壓力恢復(fù)閥，如單座閥、雙座閥等。

FL值的大小取決于調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形狀，通過試驗(yàn)可以測(cè)定各類典型閥門的FL值。Kv流量系數(shù)定義為反映不同調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu),不同口徑流量系數(shù)的大小,需要跟調(diào)節(jié)閥統(tǒng)一一個(gè)試驗(yàn)條件,在相同試驗(yàn)條件下，Kv的大小就反映了該調(diào)節(jié)閥的流量系數(shù)的大小。于是調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)的定義為:當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開,閥兩端壓差△P為100KPa，流體重度r為1gf/cm3(即常溫水)時(shí)，每小時(shí)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)（因?yàn)榇藭r(shí)Kv=Q×sqr(r/△P)=1），以m3/h或t/h計(jì)。國(guó)際單位制（SI制）的流量系數(shù)，其定義為：溫度5～40℃的水，在105Pa壓降下，每小時(shí)流過調(diào)節(jié)閥的立方米數(shù)Cv的定義以及說明Cv的定義為：當(dāng)調(diào)節(jié)閥全開，閥兩端壓差△P為1磅/英寸2，介質(zhì)為60°F清水時(shí)每分釧流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量數(shù)，以加侖/分計(jì)。CV值計(jì)算方程式一、液體公式

或

（1）或

（2）

在這里要解析一止為什么在這個(gè)基礎(chǔ)方程中要加入幾個(gè)特定的因子系數(shù)。數(shù)值常數(shù)N1、N6等是公制及英制單位的換算常數(shù)。當(dāng)然，根據(jù)方程中采用的是美國(guó)通用單位還是SI單位，這些常數(shù)的數(shù)值是不同的（SI是國(guó)際單位制的縮寫）。導(dǎo)入系數(shù)Fp是用來修正配管幾何形狀不同于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)配管的系數(shù)。系數(shù)FR是用于非湍流條件下的修正。當(dāng)粘稠流體或閥門低壓降時(shí)可能出現(xiàn)在非湍流的流動(dòng)情況。這些新因子將在后面幾頁詳細(xì)說明。如果希望得到適當(dāng)?shù)木龋m然增加所有這些新的系數(shù)會(huì)增加調(diào)節(jié)閥計(jì)算的復(fù)雜性，但還是必須的。

閥門的流通能力也受閥門孔口處流動(dòng)液體氣化作用的影響，這種狀態(tài)的出現(xiàn)稱為氣蝕或閃蒸，將在本章的第二部分討論。

在美國(guó)儀表協(xié)會(huì)（ISA）閥門計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)中所介紹的公式，不能盲目地用于精確計(jì)算閥門。因?yàn)檫@些公式是作為流體通過閥門的基本的數(shù)學(xué)表達(dá)式。ISASP39委員會(huì)認(rèn)為，將需要改進(jìn)以標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的各種計(jì)算方程，使這些方程可能便于日常的閥門計(jì)算，或者便于使用數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)來處理。

例題1

液體流動(dòng)

已知：

流體

鹽水

在流動(dòng)溫度下的比重

1.2

最大流量

在流動(dòng)溫度下為250加侖/分

最大流量下的△P

10磅/英寸2

最小流量

在流動(dòng)溫度下為40加侖/分

最小流量下的△P

25磅/英寸2

可調(diào)范圍（10：1）

二、氣體和蒸汽公式

或

（3）或

（4）或

（5）或

（6）

（7）

（8）對(duì)于干飽和蒸汽（美國(guó)通用單位）：或

（9）

所有上面的公式，不論實(shí)際的壓降比如何，采用的X值都不能超過（FkXr）。1、方程式的限制條件

方程（9）是用于蒸汽的一種簡(jiǎn)單形式。表壓的范圍內(nèi)，

蒸汽壓力在0到1600磅/英寸2表壓的范圍內(nèi)，計(jì)算的結(jié)果與比較精確的方程（3）的相比，其偏差不大于6%。

混合相—對(duì)于氣-液混合物見“混合相”一節(jié)。

接近臨界壓力—當(dāng)壓降比高，和蒸汽接近臨界壓力時(shí)，誤差可能是很明顯的。蒸汽壓力高于1400磅/英寸2絕壓開始產(chǎn)生誤差。

高壓降△P—雖然方程式對(duì)于所有壓降都是有效的，過高的出口速度會(huì)引起過大的噪音。通常安裝在閥門出口處的各顯神通線異徑接頭可能會(huì)引起超音速?zèng)_擊波。為減小由于這種原因引起的噪音，建議閥門出口速度限制在1馬赫，最好低至1/3馬赫。據(jù)此，對(duì)于1馬赫的速度可用下面公式確定閥門出口管徑（異徑接頭入口）大小。

對(duì)于氣體，

（10）

（11）

對(duì)于飽和蒸汽，

（12）對(duì)于1/3馬赫，上面的直徑可乘以1.7。

例題2

氣體或蒸汽流量

已知：

流體

冷凍劑R-12

流量

W

20000磅/小時(shí)

壓力

P1

114.5磅/英寸2（絕壓）

壓力P2

54.5磅/英寸2（絕壓）

比容V1

0.355英尺3/磅

管線尺寸

2英寸

如果選擇的調(diào)節(jié)閥是一個(gè)單座套筒導(dǎo)向式閥門，其Xr值約為0.75，而Cv大約是11d2。X=60/114.5=0.524（按定義）F<SUB<K<sub>Xr=(0.75)(1.14)/1.40=0.610Y=1-0.524/(3)(0.610)=0.714(方程7)

如果選擇2英寸的閥門,Cv值為44,通過流體的閥門開度為75到80%.不需要大小頭,而Fp=1。2、其它氣體方程

目前使用的其它氣體方程都列在下面。全都以美國(guó)通用單位為基礎(chǔ)，并且通常都忽略了壓縮因子Z。

（13）且P2≥0.5P1

這個(gè)方程來自流體控制協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)測(cè)的流量總是大于實(shí)際流量。如果該誤差（可壓縮性的誤差除外）不大于10%的話，則壓降比必須小于下面列舉的極限值：額定閥門的X7最大X額定閥門的X7最大X0.801.000.500.210.750.440.400.150.700.380.300.100.600.280.200.065

某個(gè)調(diào)節(jié)閥制造廠采用下面的公式：

（14）

括弧內(nèi)的表達(dá)式最大限度為90℃，表示極端的流動(dòng)狀態(tài)。因子Cf是用空氣進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)得出來的。它近似于。如果包括壓縮因子Z的話，在測(cè)量容許誤差的范圍內(nèi)，該方程與方程（4）是一致的。

另一個(gè)制造廠使用這種公式：

（15）式中

這個(gè)議程是以(在試驗(yàn)誤差之內(nèi))的建議為基礎(chǔ)的.如果用空氣試驗(yàn)來測(cè)定Cf,并包括其它氣體的壓縮因子Z,則方程(15)的精度與方程(4)的精度相當(dāng)。3、計(jì)算尺和計(jì)算圖表

千金調(diào)節(jié)閥制造廠都提供計(jì)算閥門大小用的計(jì)算尺和計(jì)算圖表。如果這些工具設(shè)計(jì)和使用得當(dāng)，其計(jì)算結(jié)果和直接計(jì)算一樣精確。當(dāng)然，它們有它們自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。一般來說，這些方法是比較快速的，因?yàn)榉匠淌街兴娜砍?shù)都結(jié)合到標(biāo)尺上，不需要附加的調(diào)整。這些工具必須經(jīng)常使用，以免重復(fù)閱讀使用說明書。所使用的測(cè)量單位必須與計(jì)算尺或計(jì)算圖表上的單位相一致。各種方法是可能誤差決定于計(jì)算器。當(dāng)使用這些工具時(shí)，通常是不保存記錄的，因此，校核是困難的流量系數(shù)計(jì)算公式的分析和比較對(duì)不可壓縮流體—液體的一般計(jì)算公式，各個(gè)國(guó)家都差異不大。百對(duì)可壓縮8流體就大不相同。可壓縮流體流量系數(shù)的計(jì)算比一般液體要復(fù)雜，其原因是可壓縮流體經(jīng)節(jié)流之后體積膨脹，密謀減小，而且在P1不變和△P增加到一定程度時(shí)，通過節(jié)流孔后會(huì)達(dá)到臨界狀態(tài)，產(chǎn)生阻塞流，因此必須考慮這些因素的影響而對(duì)計(jì)算化工加以修正。1、早期的計(jì)算公式

對(duì)流量系數(shù)公式的分析與比較關(guān)鍵在于對(duì)可壓縮流體公式的比較。從氣體流量系數(shù)計(jì)算公式歷代變化簡(jiǎn)表中看出，不同計(jì)算公式的考慮因素各不相同，但畢竟都以原來的液體計(jì)算公式為基礎(chǔ)?？梢园堰@些公式分成早期公式和近期公式兩大類型。在所列的8種計(jì)算方法中，關(guān)4種屬于早期，而后4種屬于后期。

在早期的計(jì)算公式中，流量系數(shù)用Cv或C表示，并用重度（γ）代替密度（ρ）進(jìn)行計(jì)算。因此，使用和理解這些公式都要注意它的單位。下面以一度被廣泛應(yīng)用的壓縮系數(shù)法為例。

壓縮系數(shù)法就是考慮到氣體的可壓縮性，在一般的液體計(jì)算公式中添加一個(gè)氣體壓縮系數(shù)ε，對(duì)液體計(jì)算公式進(jìn)行校正，即

（1）

上式中γ為操作狀態(tài)下的氣體重度（kgf/m3),它換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0°C，760mmHg時(shí)）下的氣體重度γN（kgf/m3)為：

(2)式中TN—273K；

PN—760mmHg,相當(dāng)于760/736

P1—閥前絕對(duì)壓力，

T—操作溫度，K。

(3)將上式代入液體計(jì)算公式并經(jīng)單位換算得：

（4）

（5）式中

QN—?dú)怏w標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積流量，Nm3/h;

t—?dú)怏w操作狀態(tài)下的溫度，°C。

壓縮系數(shù)ε可用實(shí)驗(yàn)確定，對(duì)空氣實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，得到ε和△P/P1的近似關(guān)系如下：

(6)

從氣體動(dòng)力學(xué)中知道氣體在臨界壓力比（P1/P2）臨界的情況下，通過調(diào)節(jié)閥的流量達(dá)到最大。這時(shí)進(jìn)一步增加調(diào)節(jié)閥上的壓降，流量不再增加，對(duì)空氣來說，閥門在不同的開度下臨界壓力比在0.48附近波動(dòng)，即（△P/P1）臨界≈0.52故

ε=1-0.46（△P/P1）=1-0.46x0.52=0.76

這樣，對(duì)于氣體流量系數(shù)C的計(jì)算公式可歸納如下：

當(dāng)（△P/P1）<0.52時(shí)，此時(shí)稱亞臨界狀態(tài)，C值可按式（5）計(jì)算，其中壓縮系數(shù)ε按式（6）計(jì)算。

當(dāng)（△P/P1）≥0.52時(shí)，此時(shí)稱超臨界狀態(tài)，則以ε=0.76，△P=0.52P1，代入式（5）得：

（7）

需要說明的是,壓縮系數(shù)不僅與調(diào)節(jié)閥通道的幾何形狀有關(guān),而且與介質(zhì)的物理性質(zhì)有關(guān),對(duì)于各種不同的氣體,ε計(jì)算式為：

（8）

η是各種氣體的校正系數(shù)，空氣的η=1，一般氣體的η值也接近1。

當(dāng)（△P/P1）≤0.08時(shí),閥后氣體密度的變化不大,此時(shí)可以不必修正。

在采用早期公式的第一種方法——閥前重度法，由于用最大的管理方式進(jìn)行計(jì)算，這與實(shí)際不符，計(jì)算流量大于實(shí)測(cè)流量，而且隨△P/P1的加大而增大。由于密度偏大，求得的流量系數(shù)就偏小，在△P/P1=0.5時(shí)誤差達(dá)20%；用閥后密度法求出的流量系數(shù)偏大，在△P/P1=0.5時(shí)誤差大約為14%。平均密度法是在閥前密度法或閥后密度法加以改進(jìn)而推算出來的。當(dāng)△P/P1=0.5時(shí)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，流量偏大4.5%。這種方法在六十年代曾被認(rèn)為是簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的公式。

當(dāng)采用第四種計(jì)算方法——壓縮系數(shù)法時(shí)，用臨界壓差比△P/P1=0.5時(shí)的主要根據(jù)是把各種調(diào)節(jié)閥都簡(jiǎn)單地看成一種流量噴嘴，把噴嘴中的氣流進(jìn)行過程當(dāng)成絕熱過程，用能量平衡方程導(dǎo)出噴嘴中氣流流速的計(jì)算式，通過計(jì)算臨界流速時(shí)壓差比即得到（△P/P1）臨界值。實(shí)際上噴嘴的P2指噴嘴出口最小截面上的壓力，而調(diào)節(jié)閥P2一般摜閥的出口壓力，而不是流速截面最小的縮流斷面壓力PVC。在調(diào)節(jié)閥，P2大于PVC，和噴嘴P2對(duì)應(yīng)的應(yīng)該是PVC。因此，把閥的P2而不是PVC作為計(jì)算流量和確定臨界壓力的參數(shù)，必然產(chǎn)生誤差。用△P=0.5P1計(jì)算會(huì)使流量偏大很多，即算得偏小的流量系數(shù)。這個(gè)誤差將隨壓力恢復(fù)程度的不同而不同。2、近期的計(jì)算公式

前面介紹的四種早期公式，其試驗(yàn)對(duì)象都是一些低壓力恢復(fù)的普通單座、雙座球體閥，因此公式中從未考慮到壓力恢復(fù)問題。隨著工業(yè)的發(fā)展，使用的高壓力恢復(fù)閥（哪球閥、蝶閥等）越來越多，操作壓差越大，因此，早期公式的誤差越來越暴露出其不足，越來越不能滿足自控系統(tǒng)的要求。例如，在臨界壓差下用平均密度法的計(jì)算值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)已相差甚遠(yuǎn)。對(duì)蝶閥，流量誤差達(dá)+45%；對(duì)V形球閥，達(dá)+62%；對(duì)文丘利角形閥達(dá)+138%；對(duì)文丘利球閥甚至達(dá)+150%。即使對(duì)一般單座閥也有+35%誤差。開發(fā)新的計(jì)算公式已經(jīng)是十分緊迫的問題。

第五種計(jì)算公式是1962年Masonneilan公司開發(fā)和研究的成果。他們認(rèn)為在臨界狀態(tài)下計(jì)算時(shí)，要把△P限制在一個(gè)有效的臨界值上，但不能用△P/P1=0.5來確定臨界△P，他們認(rèn)為臨界條件應(yīng)修正為

（9）式中Cf—臨界流量系數(shù)，它是臨界下測(cè)得的Cv值與正常壓力恢復(fù)條件下Cv值之比。

因此，氣體臨界流量公式為

（10）式中R—臨界壓力比

（11）

K—比熱比；

G—重度。

Cf值的引入大大提高臨界區(qū)的計(jì)算精度，但由于臨界區(qū)和非臨界區(qū)之間的過渡區(qū)的計(jì)算誤差仍無法消除和解決，仍不完美。

第六種方法是Fisher公司所提出的計(jì)算公式：

（12）式中C1=Cg/CV,Cg是用空氣在臨界壓差下測(cè)得的流量系數(shù)；

C2—比熱比的理論校正系數(shù)。

這個(gè)公式除了在個(gè)別壓力恢復(fù)能力極高的角閥、球閥計(jì)算時(shí)會(huì)在△P/P1小的情況下分別產(chǎn)生5%和10%的誤差外，對(duì)其余閥型都有較高的精度，也解決了過渡區(qū)的計(jì)算問題。

第七種方法稱為多項(xiàng)式法，數(shù)學(xué)表示法為：

（13）式中

（14）

第八種方法是膨脹系數(shù)法，匯集在流量系數(shù)計(jì)算公式匯總表中。由于這種方法引入XT因而考慮了壓力恢復(fù)，提高計(jì)算精度，尤其對(duì)高壓力恢復(fù)閥更為顯著。在膨脹系數(shù)法中應(yīng)用氣體壓縮系數(shù)Z，用于修正一般氣體與理想氣體的偏離。大多數(shù)實(shí)際氣體的Z值在0.5～1.5之間，如果不考慮Z，最嚴(yán)重時(shí)引起流量偏大40%或偏小20%。

對(duì)流量系數(shù)公式進(jìn)行分析和比較，得出以下結(jié)論。

a.閥前重度γ1法、閥后重度γ2法、平均重度γm法和壓縮系數(shù)ε法四種計(jì)算公式只適用于一般低壓力恢復(fù)閥和△P/P1較小的工作場(chǎng)合。在非臨界區(qū)之內(nèi)具有足夠的精度，但在過渡區(qū)和臨界區(qū)之內(nèi)計(jì)算誤差相當(dāng)大。

b.臨界流量系數(shù)Cf法、正弦sin法、多項(xiàng)式PN法和膨脹系數(shù)y法都考慮到壓力恢復(fù)特性對(duì)計(jì)算的影響，除Cf沒有解決過渡區(qū)問題外，這些方法在亞臨界區(qū)到臨界區(qū)都有較高精度，本質(zhì)基本一致，但表示的函數(shù)形式不同。另一點(diǎn)區(qū)別是膨脹系數(shù)法引入比熱比系數(shù)和壓縮系數(shù)Z進(jìn)行修正，正弦法只有比熱比系數(shù)修正，而多項(xiàng)式均未修正這兩項(xiàng)，仍使用原有的臨界流量系數(shù)Cf。

c.正弦法、多項(xiàng)式法和膨脹系數(shù)法這三種方法的計(jì)算精度相關(guān)無幾，但膨脹系數(shù)洪都拉斯運(yùn)算比較簡(jiǎn)單，有比較完善的修正項(xiàng)，圖、表的數(shù)據(jù)也不難查找，所以，衩IEC作為標(biāo)準(zhǔn)而在“IEC出版物534-2-2”中公布，因此，我國(guó)在一般尾部下都推薦使用。流量系數(shù)計(jì)算公式匯總表(膨脹系數(shù)法)流體判別條件計(jì)算公式符號(hào)及單位液體一般

QL—液體體積流量，m3/h

Qg—?dú)怏w標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量，Nm3/h

WL—液體質(zhì)量流量，kg/h

Ws—蒸汽質(zhì)量流量，kg/h

Wg—?dú)怏w質(zhì)量流量，kg/h

P1—閥前絕對(duì)壓力，kPa

P2—閥后絕對(duì)壓力，kPa

△P—閥前后壓差，kPa

Pv—飽和蒸汽壓，kPa

ρL—液體密度，g/cm3

ρg—?dú)怏w密度(ρ1、T1條件下）

ρN—?dú)怏w標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)密度，kg/Nm3

ρe—兩相流的有效密度，kg/m3

ρ1—蒸汽閥前密度，kg/m3

ρm—兩相流的入口密度，kg/m3

z—壓縮因數(shù)

y—膨脹系數(shù)

X—壓差比，X=△P/P1

XT—臨界壓差比

FL—壓力恢復(fù)系數(shù)

FK—比熱比系數(shù)FK=K/1.4

K—?dú)怏w絕熱指數(shù)（對(duì)空氣K=1.4)

FF—臨界壓力比系數(shù)

M—分子量

G—對(duì)空氣的密度閃蒸及空化

△P≥△PT

△PT≥FL2(P1-FFPv)低雷諾數(shù)氣體X<FKXT

X≥FKXT

蒸汽X<FKXT

X≥FKXT

兩相流液體與非液化氣體

液體與蒸汽

氣體流量系數(shù)計(jì)算公式歷代變化簡(jiǎn)表序號(hào)方法名稱計(jì)算公式臨界條件國(guó)家或部門年代符號(hào)及單位1閥前重度法

(γ1法)△P≥0.5P1美國(guó)四五十年代(1)Cv—用英帛單位計(jì)算的流量系數(shù)，計(jì)算公式中的符號(hào)及單位如下

Q—體積流量，ft3/h

P1—閥前壓力（絕壓），lb/in2

P2-閥后壓力（絕壓），lb/in2

△P—閥前后壓差，lb/in2

G—?dú)怏w重度（空氣=1）

T—工作溫度°F（絕對(duì)溫度）

（2）壓縮系數(shù)法中的C值計(jì)算公式采用公制單位，其單位見3.2.4.

(3)膨脹系數(shù)法中的Kv值計(jì)算公式采用法定計(jì)量單位，符號(hào)及單位見表3-52閥后重度法

(γ2法)△P≥0.5P1美國(guó)3平均重度法

(γm法)△P≥0.5P1FCI4壓縮系數(shù)法

(ε法)

△P≥0.5P1前蘇聯(lián)5臨界流量系數(shù)法

(Cf法)△P≥Cf2P1

Masoneilan

公司(美國(guó)六十年代6正弦法

(sin法)

Fisher

公司(美國(guó))7多項(xiàng)式法

(PN法)

y≥1.5Masoneilan

公司(美國(guó))8膨脹系數(shù)法

(y法)

FK=K/1.4X≥FKXTIEC七十年代KV流量系數(shù)計(jì)算之不可壓縮流體計(jì)算在確定調(diào)節(jié)閥的口徑時(shí)，最主要的依據(jù)和工作程序就是計(jì)算流量系數(shù)，而計(jì)算流量系數(shù)的基型公式是以牛頓不可壓縮流體的伯努利方程為基礎(chǔ)的，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的介質(zhì)應(yīng)該屬于牛頓型流體。凡遵循牛頓內(nèi)摩擦定律的流體都是牛頓流體。

左圖表示兩板之間流體的流動(dòng)情況，若y處流體層的速度為μ，在其垂直距離為dy處的鄰近流體層的速度為μ+dμ，則dμ/dy表示沿法線方向的變化率，也稱速度梯度。實(shí)驗(yàn)證明兩流體層之間單位面積上的內(nèi)摩擦力（或稱為剪應(yīng)力）τ與垂直于流動(dòng)方向的速度梯度成正比。即

（3-13）式中μ為比例系數(shù)，稱為粘性系數(shù)，或稱為動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱為粘度，公式所表示的關(guān)系稱為牛頓粘性定律，也就是說牛頓內(nèi)摩擦定律。1)不可壓縮流體（液體）

在安裝條件下，為了能適用于各種單位，并考慮到粘度管道等因素的影響，把公式演變?yōu)槿缦滦问剑海?-14）式中

FP——管道的幾何形狀系數(shù)，無量綱，當(dāng)沒有附接管件時(shí)，F(xiàn)P=1；

FR——雷諾數(shù)系數(shù)，無量綱，在紊流狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)R=1

ρ/ρ0——相對(duì)密度，在15.5℃時(shí)，ρ/ρ0=1.0

N1——數(shù)字常數(shù)如下表常數(shù)流量系數(shù)C公式單位AvKvCvQd,Dp1,p2,pv,PρN13.6×103

3.6×1041×10-1

1×1008.65×10-2

8.65×10-1m3/h

m3/hmm

mmKPa

barkg/m3

kg/m3N21.23×10-121.6×10-32.14×10-3—mm——N33.72×1027.07×1047.6×104m3/h———*注：使用本表提供的數(shù)字常數(shù)和規(guī)定的公制單位就能得出規(guī)定單位的流量系數(shù)

在采用不同單位時(shí)，流量系數(shù)的代表符號(hào)各不相同，數(shù)字常數(shù)N值也不同。目前，流量系數(shù)除Kv、Cv外，還用Av。

根據(jù)計(jì)算理論，在計(jì)算液體流量系數(shù)時(shí)，按三種情況分別進(jìn)行計(jì)算：非阻塞流、阻塞流、低雷諾數(shù)，在用判別式判定之后，用不同的公式進(jìn)行計(jì)算。1)非阻塞流在△P<FL2(P1-FFPv)有情況下，是非阻塞流，這時(shí)，流量系數(shù)計(jì)算公式為：（3-15）或：

（3-16）式中

QL——流過調(diào)節(jié)閥的體積流量，m3/h

WL——流過調(diào)節(jié)閥的質(zhì)量流量，kg/h

△P——調(diào)節(jié)閥閥前、閥后的壓差，kPa

△P=P1-P2

P1——閥前壓力，kPa

P2——閥后壓力，kPa

ρL——液體的密度，g/cm3在計(jì)算差別式時(shí)，F(xiàn)F可依據(jù)以下公式得出一些常用介質(zhì)的臨界壓力Pc值如下表：名稱分子式Pc，100kPaTc，K名稱分子式Pc，100kPaTc，K氬Ar49.7150.8氫H213.933.2氯Cl277.9417水H2O221647.3氟F253.1144.3氨NH3114405.6氯化氫HCl83.9324.6二氧化碳CO274.7304.3

幾點(diǎn)說明如下：a、從我國(guó)的實(shí)際情況出發(fā)，采用法定計(jì)量單位，故式(3-14)中的N1=1；調(diào)節(jié)閥不用附接管件安裝，F(xiàn)P=1；存在紊流狀態(tài)，F(xiàn)R=1。在這種情況下得到公式（3-15）和（3-16）。b、這些方程式是以不可壓縮牛頓流體的伯努得方程式為基礎(chǔ)的，當(dāng)遇到非牛頓流體、混合體、泥漿或液態(tài)-固態(tài)輸送系統(tǒng)時(shí)，則不能用這些公式計(jì)算。c、在用這些方程和關(guān)系曲線計(jì)算調(diào)節(jié)閥尺寸時(shí)，計(jì)算流量系數(shù)被假定為包括圖3-8所示的兩個(gè)取壓孔之間的全部水頭損失。以上說明對(duì)阻塞流計(jì)算公式同樣適用。2)阻塞流

當(dāng)△P≥FL2(P1-FFPv)時(shí)為阻塞流情況，這時(shí)，應(yīng)把產(chǎn)生阻塞流的壓差值FL2(P1-FFPv)代入公式(3-15)(3-16)進(jìn)行計(jì)算，即

(3-17)

或

(3-18)3)低雷諾數(shù)液體的計(jì)算

雷諾數(shù)Re是表明液體在管道內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)的無量綱數(shù)。管內(nèi)流體流動(dòng)的特性取決于四種參數(shù)（管徑、粘度、密度和速度）的綜合作用。由雷諾