阀门流体阻力简介

（1）闸阀 闸阀是使用最广的一种闭路阀。与截止阀相比，其突出的优点是局部流阻系数ζ小。根据闸阀的尺寸和结构特点，实际流阻系数ζ值在0.1～1.5范围内。

表2-6列举了几种不同结构形式阀门的流体阻力系数ζ的值。

为了缩小闸阀的外形尺寸，减轻质量和降低成本，以减小闸阀的行程和启闭闸阀时所需的力和力矩，闸阀阀体内的通道截面采用缩口形式。缩口闸阀的流阻系数会增大许多。

为防止闸阀密封面在介质流束作用下被冲坏，并且改善其流体力学性能，在闸阀中往往采用导流管，如图2-18和图2-19所示。采用导流管对大缩口和密封面间距很大的闸阀影响最大。在其他场合下，采用导流管所得效果不大于15%。

图2-18 对称缩口闸阀

图2-19 不对称缩口闸阀

表2-6 几种不同结构形式阀门的流体阻力系数ζ值

（续）

（续）

经过缩口的闸阀，其流阻系数可利用式（2-21）确定：

式中 C——系数，为6～8。

以缩径，圆锥角φ=15°～40°时，采用式（2-21）计算流阻系数。公称尺寸DN500～DN1000的大口径闸阀，其流阻系数一般不大，ζ=0.2～0.5。缩径闸阀的流阻系数列于表2-7。

表2-7 缩径闸阀的流阻系数

闸阀阀后管段的长度对流阻系数值影响很大，而闸阀阀前（以介质流动方向为准）的管段长度影响较小。在正常情况下，闸阀阀后必须有长度不小于（12～15）DN的直管，否则闸阀的流阻系数可能急剧增加。当缩径闸阀阀后管段较短时，闸阀的流阻系数增加到ζ=3.5～4.0以上。

（2）截止阀 截止阀的流阻系数一般比闸阀要大得多。通常ζ=4～7。阀体的结构以及阀瓣的形状对截止阀流阻系数的大小均有影响。截止阀的流体阻力可以看作阀体和阀座所产生的阻力之和，即

ζ=ζ_a+ζ_b

式中 ζ_a——阀体的压力损失；

ζ_b——阀座的压力损失。

截止阀的开度不同，ζ_a和ζ_b的数值也不同。当截止阀的开度较小时，ζ_b起决定性作用，而ζ_a的影响则很小；当截止阀完全开启时，正好相反，ζ_b的作用通常很小，而ζ_a却起决定性作用。ζ_a的大小取决于阀体的结构。

图2-20 在各种不同的截止阀阀体内介质流动的示意图

a）带垂直隔离墙的直通式阀体 b）带流线过渡的直通式阀体 c）角式截止阀阀体

图2-20为各种不同的截止阀阀体内介质流动情况。图2-20a为在带有垂直隔离墙的阀体内流动的情况，图2-20b为在改进结构阀体内的带流线过渡的直通式阀体的流动情况。很显然，在后一种阀体内，压力损失较小，因为液流转弯较少，同时形成的涡流较小。

如图2-20c所示的角式截止阀局部阻力系数通常比直通式截止阀小。

根据计算理论，在计算液体流量系数时，按三种情况即非阻塞流、阻塞流、低雷诺数分别进行计算，在用判别式判定之后，用不同的公式进行计算。(www.xing528.com)

（1）非阻塞流计算 在Δp＜F²_L（p₁-F_Fp_V）的情况下，是非阻塞流，这时流量系数计算公式为

或

式中 F_L——压力恢复系数，；其中，p₁为阀前的压力（MPa），p₂为阀后的压力（MPa），p_VC为产生阻塞流时缩流断面的压力（MPa）；

F_F——液体的临界压力比系数，F_F=0.96-0.28；其中p_V为液体的饱和蒸汽压力（MPa），p_c为液体临界压力（MPa）；

q_VL——流过调节阀的体积流量（m³/h）；

q_mL——流过调节阀的质量流量（kg/h）；

Δ_p——调节阀前后的压力差（MPa），Δp=p₁-p₂；

ρ_L——液体的密度（g/cm³）。

一些常用介质的临界压力p_c和临界温度T_c值见表2-9。

表2-9 常用介质的临界压力p_c和临界温度T_c

（2）阻塞流计算 当Δp≥F²_L（p₁-F_Fp_V）时为阻塞流情况，这时，应把产生阻塞流的压差值F²_L（p₁-F_Fp_V）代入式（2-23）、式（2-24）中进行计算，即

（3）低雷诺数液体的计算 雷诺数Re_D是表明介质在管道内流动状态的量纲为1的数。管内介质流动的特性取决于四种参数（管径、粘度、密度和流速）的综合作用。由雷诺数的大小可以判断介质的流动状态是层流还是紊流。

流量系数K_V是在适当的雷诺数和紊流情况下测定的。随着雷诺数Re_D的增大，K_V值变化不大。然而雷诺数减小时，有效的K_V值会变小。在极端的情况下，雷诺数很低，例如对粘性很大的介质，介质流动已经成为层流状态，其流量与阀门压力损失成正比，而不是与阀门压力损失的平方成正比。这时如果还按式（2-23）～式（2-26）计算K_V值，误差一定很大。因此，对雷诺数偏低的介质，对K_V值计算公式要进行校正。

修正后的流量系数为K_V′，即

K_V′=K_V/F_R （2-27）

式中 K_V′——修正后的流量系数；

K_V——按紊流条件时，按式（2-23）～式（2-26）计算的流量系数；

F_R——雷诺数修正系数，可以按雷诺数Re_D的大小从图2-21中查得。

图2-21 雷诺数修正系数F_R

雷诺数Re_D可以根据阀的结构和粘度等因素，由下列公式求得：

对于只有两个平行流路的调节阀，如直通双座阀、蝶阀、偏心旋转阀，雷诺数为

对于只有一个流路的调节阀，如直通单座阀、套筒阀、球阀、角阀、隔膜阀等，雷诺数为

式中 ν——液体在流动温度下的运动粘度（mm²/s，cSt）。

从图2-21的曲线中可以看出，当雷诺数Re_D大于3500以后，修正量已经不大，所以雷诺数大于3500就不需要进行低雷诺数修正。