step stage as shown in Fig。 9(c)。 The prediction of cavitation in the globe valve with cages presents that the vapor region is still smaller文献综述

than that at the fully open valve。 This indicates that the occurrence of cavitation reduces at the half-open globe valve with the two cages。

Analysis of Pressure Drop along a   Streamtrace

Pressure variation is an important issue in valve design, so the profiles of pressure drop along the primary flow direction are demonstrated in Figs。 10 and 11。 First, Fig。 10(a) describes the pressure drops in the globe valve without a cage in fully and half-open conditions。 The in- vestigated region is from the entrance of the globe valve to the begin- ning of the downstream region。 Moreover, six points are selected in the specified streamtrace in the primary flow to observe the pressure drop in Fig。 10。 Figs。 10(b and c) also show the contours of velocity magnitude。 When fluids enter the globe valve from Point A to Point B, pressure decreases and velocity is accelerated resulting from the contraction of flow passage in the vicinity of the plug。 Subsequently, pressure rises from Point B to Point C and then decreases from Point C to Point D, where the center of the chamber is located, and the velocity magnitude reaches the maximum。 Pressure increases

30 / JOURNAL OF ENERGY ENGINEERING © ASCE / MARCH  2013

Fig。 6。 Contours of turbulence kinetic energy in fully open globe valves at t ¼ 10 s: (a) without a cage; (b) one-stage perforated   cage;

(c) one-stage step cage

Fig。 7。 Contours of turbulence kinetic energy in half-open globe valves at t ¼ 10 s: (a) without a cage; (b) one-stage perforated   cage;

(c) one-stage step cage

to a maximum from Point D to Point E, where the bottom of the valve is located。 Meanwhile, velocity is decelerated。 When fluids leave the valve, velocity is accelerated again and pressure decreases, reaching the minimum in the downstream region from Point E to Point F。 Also, the pressure variation in the fully open condition is wilder than in the half-open condition in Fig。 10。

In  terms  of  pressure  variations  in  Fig。  11,  the  pressure  at来,自,优。尔:论;文*网www。youerw。com +QQ752018766-

Point A of the globe valve without a cage is much lower than those with two cages。 Fig。 11(a) demonstrates that the variation of pressure is very steep from Point A to Point B when the cages are installed in the globe valves。 Although pressure drops quickly after fluids pass through Point B to Point C among three  cases, the pressure variations from Point D to Point E  in  the globe valve with the cages are milder than that without a cage at the fully

open valve。 In terms of Fig。 11, pressure in the globe valves with cages reaches the outlet pressure more quickly than without a cage。

摘要：阀中有空化现象会为工厂带来麻烦和不便。阀门在管道系统中被消耗,导致每几个月就需要昂贵的替代品。为减少阀门中空化引起的成本，利用阀笼来使空化现象只出现在阀笼自身附近;因此,只有阀笼需要被取代。验证一个阀笼的设计,在截止阀中模拟湍流流场内部和空化的发生对于一个阀门设计是必要的。为达到这个目的，在截止阀有和没有笼子来预测空化会否产生正在进行,空化模型也在这项研究中建立。用空化模型来计算每个计算单元蒸汽的比例。两个不同的笼子里,单程穿孔笼和单程阶梯笼子是被认可的。没有阀笼时，蒸汽会导致空化现象出现在阀中已有的漩涡内和阀体的下游地区。然而，蒸汽不会发生在那两个阀笼中的那些地区；换句话说，在截止阀中空化主要发生在阀笼附近。在阀体中和下游地区，当截止阀中安装那两种阀笼时空化破坏被预防。除了截止阀之外，所提出的空化模型也可以应用于预测其他控制阀的空化现象。

关键词：空化；截止阀；阀笼；漩涡。

1 介绍

一个控制阀在封闭的管道系统中扮演一个十分重要的角色,广泛应用于各种行业,如化工、石化。在控制阀中，球形阀通常用作在极高压力条件下的流量调节装置。例如，入口压力可以高于100巴或不时地200巴。对于输送液体的截止阀，在操作期间空化是严重的和破坏性的问题，因为根据伯努利方程，由于速度的变化，压力可能下降。当球阀中的局部压力从速度的增加下降并且低于在特定温度下工作液体的相应的饱和蒸汽压力时，出现空化的发生。蒸汽在低压区域开始形成气泡，然后当它们向下游流动时立即从压力恢复中爆裂，导致振动和侵蚀。另外，这不仅引起阀体的振动，而且引起高噪声水平。 由于空化，球阀快速损坏。通常在石油工业中每几个月更换管道系统中的损坏的截止阀。更换在工厂中由气穴损坏的球阀是常规且昂贵的事情;这是球阀的设计中的重要问题。目前，大多数阀门厂商试图减少损坏空化，然后提高截止阀的值。一种可能的方法是为此目的使用各种阀笼。

在过去，阀门制造商检测空化的直接方法是由空化引起的高噪声程度，并且经常伴随严重的空化。几个公开的手稿使用这种方法调查瓣膜中的空化。Rahmeyer（1982）进行了测量空化参数的实验，用于判断蝶阀中空化的起始。他们还测量了来自空化的噪声，并使用85dbA作为空化极限。 Rahmeyer et al。（1995）采用了闭环流动设施，其中它们利用具有多通道笼的球形阀，该多通道笼由许多盘堆叠，产生具有直角转弯的曲折路径。在截止阀中使用多通道笼可以有效地减少由空化引起的噪声和振动。 在其结果中的蒸汽的尺寸，分布和坍塌方面，具有多通道笼的截止阀中的空化不如传统截止阀严重。最近，Jazi和Rahimzadeh（2009）试图研究球阀中由空化诱发的声波波形。 采用快速傅里叶变换（FFT）技术分析声波形。它表明，较高开口百分比的空化具有比它们的结果更高的幅度，频率和能量水平。

为了减少空化，在许多专利中有不同的阀门设计来达到这个目的（Luthe和Hays 1978; Bates和Cain 1986）。由于通道的分布，流体可以被引导并且朝向保持架的中心形成射流。结果，在球形阀的保持架中限制了空化作用的区域。 Bates和Cain（1986）修改了笼中通道的设计。Luthe和Hays（1978）通过通道突然收缩进行创新，但Bates和Cain（1986）在笼子的通道中设计了一条曲折的路径。Bates和Cain（1986）提出的阀笼由许多圆柱形套筒组成。 每个套筒包含相同数量的孔以构造曲折路径。 通道设计引导流体以形成直角转向并有效地控制压降。Bates和Cain（1986）的设计也可以限制笼中的空化区域。然而，那些旨在限制气穴的阀笼的不同通道中的流动细节不清楚。 因此，本研究使用数值模拟研究笼子中的流体流动。

实验通常用于分析和测试阀，但是执行这些阀实验存在一些困难。例如，为了观察阀中的流场，阀体必须是透明的。 然而，由于其复杂的构造，难以制造透明阀。此外，透明阀必须能够在高压环境下工作，并且材料必须在实验中承受高压。 这些问题增加了阀的实验的难度。 因此，计算流体动力学（CFD）已经成为模拟阀内流场的替代方法。Huang和Kim（1996）使用数值模拟研究了蝶阀内的三维和不可压缩流动特性。他们描述了阀盘角度对流场的影响。Kerh et al。 （1997）通过有限元方法对周期性入口流量变化下的控制阀的相互作用进行了二维瞬态分析。Merati et al。（2001）建立了数值模型并研究了V型扇形球阀的流场。Davis和Stewart（2002a，b）进行了CFD研究并对球阀的五个不同开口中的流量进行了实验。 他们发现CFD结果和现实实验数据之间在流量系数的变化方面有很好的一致性。Chern和Wang（2004）研究了球阀内的流体流动，并使用有限体积法计算了包括流量系数，损耗系数和空化指数在内的性能系数。在实验结果中报道了球阀内的空化现象。他们还使用一个V型端口，它安装在球阀后面以控制流体。在实验结果中报道了球阀内的空化现象。他们还使用一个V型端口，它安装在球阀后面以控制流体流。V端口对性能系数的影响由Chern和Wang（2004）提出。Moujaes和Jagan（2008）展示了球阀中湍流的三维CFD预测。他们预测了特征系数，并与不同部分开口的ASHRAE实验数据进行比较。 在过去十年中，有几篇论文研究了球阀内的空化。Palau-Salvador et al。2008）模拟了球阀内的流体流动，研究了阀中空化的开始。 他们还探讨了两种不同的塞子对阀内空化的影响。数值结果表明，具有平滑构型的塞子减少了空化的发生。An et al。（2008）数值研究了通过截止阀的三维湍流流量。他们调查了四个笼子对湍流的影响。流量系数和空化在研究中提出，以判断哪个笼是球阀的最佳选择。 这项研究的目的是预测球阀中空化的变化数值。为了控制和限制空化区域，提议在球阀内部安装两个笼。在这项研究中探讨了笼子对流体流动的影响。空化模型包括在数值模型中以观察具有或不具有笼的球阀内的空化的变化。