安全阀流场理论分析技巧与方法

理论分析的方法是指在研究流体运动规律的基础上，建立各种简化的流动模型，形成描述流动的各类控制方程，并在一定假设和条件下，经过解析推导及运算，得到问题的解析解或简化解。其最大特点是往往可以给出普遍性的规律，且在一些情况下可得到封闭的、简单的公式。因此可以用最小的代价获得规律性的结果或变化趋势。

但是，由于流体力学的控制方程一般是非线性的，只有极少数情况可以得到解析解。安全阀流道复杂，因此和大部分流体力学问题一样，根本无法得到其流体控制方程的解析解。因此，需要将流道进行大幅度的简化。

最简单的简化模型是理想收缩喷嘴模型，即收缩喷嘴的进口和出口压力分别为安全阀进口和出口压力，喷嘴出口的流道面积等于阀座出口的面积，如图5⁃1所示。从流场区域上，该模型仅涉及阀座内的流动，进出口的压力数值决定了流场内的流动状态。当出口压力低于某一临界数值时，介质在阀座出口达到声速。

比理想收缩喷嘴要复杂的简化模型是理想收缩⁃扩张喷管（拉伐尔喷管）模型，喷管进口和出口压力分别为安全阀进口和出口压力，拉伐尔喷管的喉部面积等于阀座出口的面积，如图5⁃2所示。根据空气动力学的理论，出口压力与进口压力的比值对拉伐尔喷管的流动有着十分重要的影响。基于这个理论，进出口压力比不同，安全阀内可能会是不同的流动形态。例如，如果出口压力足够低，介质在阀座出口将达到声速，而之前为亚声速流动，出口后为超声速流动。

图5⁃1 安全阀简化为理想收缩喷嘴示意图(www.xing528.com)

图5⁃2 安全阀简化为理想拉伐尔喷管示意图

还有的研究人员将安全阀的流道近似看作由两个摩擦管流和一个喷嘴组成，三部分均为绝热流动，建立了每一部分的方程组，通过迭代法求解。

无论采取何种简化方法，都可以看出其简化的程度是相当大的，最明显的一点就是将安全阀的三维流场简化为了管道流动。在此假设条件下得到的研究结论，其与实际物理规律的背离程度肯定是比较大的。但是，理论分析的方法并非没有实际的工程使用价值，工程上通常用此方法进行初步的分析和估算。