1 前語
自力式視鏡是一種全自動的流體溫度和流量控制設備。它的效果是當兩種溫度不一樣的流體別離通入閥腔，通過視鏡內(nèi)件自動調(diào)度兩者的流量，使出口溫度堅持安穩(wěn)，而無需外加驅(qū)動和控制設備。作為一種新式閥門，視鏡在中國的運用日益廣泛，首要運用于電站發(fā)電機組和離心緊縮機組等大型的高速回轉(zhuǎn)機組的軸承光滑冷卻系統(tǒng)以及其它對流體有溫度控制需要的系統(tǒng)中，它具有結構簡略、功用牢靠和節(jié)能等利益。
用于自力式視鏡的感溫元件有不一樣的類型，如形狀回想合金、雙金屬片等，但是當時較多選用的是蠟質(zhì)感溫元件。迄今，國內(nèi)外對選用蠟質(zhì)感溫元件的自力式視鏡多從感溫包和機械結構的角度進行分析研討，而很少運用數(shù)值仿照軟件對視鏡的流道溫度場分析。這篇文章運用CFD軟件FLUENT對某類型的視鏡進行數(shù)值仿照，對其溫度場進行詳細的分析，以及對流道進行優(yōu)化，使其能夠非常好地發(fā)揚恒溫控制的效果。
2 自力式視鏡的結構及作業(yè)原理
某一類型自力式視鏡的結構如圖1所示。感溫包是核心部件，它既是流體的感溫元件，又是閥門的驅(qū)動元件，由感溫蠟與銅沫混合物構成，其間銅沫首要起導熱效果，可使感溫包內(nèi)、外的熱量快速傳遞及均勻分布。驅(qū)動力根據(jù)溫度增加時蠟熔化的體積脹大。感溫蠟的體積改動被錐形橡膠鍵擴展，并傳給閥桿，改動調(diào)度筒的位移量，進而改動冷熱流體的流量，直抵抵達預定溫度。感溫蠟與橡膠鍵之間設有一層橡膠隔膜，起隔絕效果。
該自力式視鏡為三通閥，兩進一出。熱流體首要進入視鏡（此刻冷流體通道還處于關閉情況），通過調(diào)度筒內(nèi)腔流經(jīng)感溫包。當感溫包感知熱流體的溫度高于設定溫度值時，其內(nèi)填的感溫蠟發(fā)作相變，體積脹大，通過推動閥桿使調(diào)度筒發(fā)作位移，一同翻開冷流體通道（熱流體通道變小），所以冷流體流入視鏡，并與熱流體進行混合。冷、熱流體混合后，還要通過一小段空腔才抵達感溫包，通過熱交換溫度抵達一定值后，混合流體再通過感溫包與視鏡出口之間的空腔室，畢竟流出視鏡。反之，當混合流體溫度跟著冷流體與熱流體的混合而下降時，感溫蠟體積縮短，在復位彈簧的效果下快速關小冷流體進口通道，開大熱流體進口通道，保證混合后的流體溫度始格單元。
終維持在給定的溫度值。由此可見，閥桿的位移是蠟質(zhì)感溫驅(qū)動元件溫度的函數(shù)。溫度改動使閥桿和調(diào)度筒不斷運動，調(diào)度冷熱流體的流量，完成對混合流體的溫度控制。
3 計算模型及網(wǎng)格區(qū)別
運用SolidWorks三維實體建模軟件，對圖1所示的調(diào)度筒以上的閥腔流道建模。為仿照冷熱流體在閥腔內(nèi)混合后的溫度場情況，取某一時間冷熱流體比例為1：2的調(diào)度筒開度進行建模。在建模中省略彈簧和拉桿等閥內(nèi)零部件，以便簡化計算。運用計算流體力學軟件FLUENT的前處理器GAMBIT軟件對計算模型進行網(wǎng)格區(qū)別，如圖2所示，全部流道共區(qū)別為39339個四面體網(wǎng)。
4 計算成果及分析
這篇文章所求解的底子方程是三維不可壓N-S方程，湍流模型選用規(guī)范k-E模型。離散方程的求解辦法選用非結構網(wǎng)格上的SIMPLE算法，一階迎風格式。速度壓力場選用隱式的全場迭代解法。視鏡內(nèi)的流質(zhì)為某商標緊縮機光滑油，邊界條件為速度進口和安閑流出口，設定冷熱流體的進口流速均為0.5m/s。冷流體溫度為295K，熱流體溫度為325K。
運用FLUENT軟件對視鏡流道模型進行數(shù)值仿照，得到對稱面上的速度矢量圖和溫度分布云圖，如圖3、4所示。從圖中能夠看出，閥門內(nèi)的流場參數(shù)底子呈軸對稱分布，這是由于計算模型是軸對稱的，但流體處于湍流情況，活動非常復雜，因此不可能呈現(xiàn)完全軸對稱，但總體上底子構成軸對稱分布。從圖中還能夠看出，進口的冷熱流體通過閥內(nèi)一段空腔的混合后，溫度逐漸均勻，有利于感溫包感知真實精確的混合流體溫度。但混合效果并不非常志向，溫度分層仍很明顯，從感溫包向外溫度逐漸下降。感溫包頂部流體混合劇烈，但溫度場也并未因此而極好地改進。根據(jù)理論計算，本例中混合后的平均溫度是315K，但是，從溫度分布云圖可知，感溫包地點的溫度環(huán)境明顯高于混合平均溫度，感溫包周圍的溫度約為318K支配，這是由于感溫包處的流體混合還不可充分，因此感溫包周圍流體溫度偏高，而壁面流體溫度偏低，這么就會致使感溫包對出口流體溫度控制發(fā)作過失。為了前進視鏡控溫的精確性，有必要對流道進行改進，以便使感溫包周圍的溫度更靠近混合流體的平均溫度。
5 流道優(yōu)化
由于自力式視鏡感溫包周圍流場混合不可均勻，需要加強閥腔內(nèi)冷熱流體混合的力度，因此考慮在閥腔流道內(nèi)加設節(jié)約擋板。為對比擋板方位對節(jié)約混合效果的影響，別離在感溫包中部和下部加設擋板，建立了模型一和模型二。
對改進流道進行數(shù)值仿照，得到改進后流場的溫度分布，如圖5、6所示。加設節(jié)約擋板后，感溫包地點的溫度環(huán)境明顯改進，感溫包幾乎完全處于315K溫度的圍住當中，這是流體均勻混合后的精確溫度。闡明加設擋板后，非常有利于感溫包對溫度的精確感知，并且，模型一的改進效果要明顯好于模型二。
由于擋板的存在，大大加強了感溫包周圍流體的劇烈混合，因此能使感溫包周圍的溫度場變得均勻，使其能夠精確感知溫度進而非常好地控制混合流體的溫度。
由于加設了節(jié)約擋板，閥內(nèi)流體阻力會有所增大。阻力丟掉能夠通過數(shù)值仿照計算得到的閥門進出口壓力丟掉來衡量，如表1所示。從表中能夠看出，加設擋板后閥門進出口壓力丟掉有一定增大，即閥門阻力增大，且模型一的壓力丟掉稍大于模型二。但是，因加設擋板而導致壓力丟掉的增幅并不大（由無擋板的1.0%增為模型一的1.8%），而對于自力式視鏡來說，感溫控溫的精確程度是其首要功用方面，感溫包周圍溫度場的均勻精確更為重要，加設擋板能使溫度場更加均勻，能夠非常好的增加感溫包的控溫精確度，因此加設擋板更有利于前進視鏡的運用功用，并且以感溫包中部加設擋板的流道模型功用優(yōu)。
6 定論
（1）通過對自力式視鏡流場的數(shù)值仿照，能夠詳細掌握閥內(nèi)溫度場分布情況，發(fā)現(xiàn)流場缺陷，這有助于視鏡的優(yōu)化計劃，具有非常重要的實際意義；
（2）在感溫包中部加設節(jié)約擋板，雖然小幅度增加了一些阻力丟掉，但能夠使感溫包周圍流體充分混合，使其周圍溫度場明顯均勻精確，更有利于視鏡對流體溫度的精確控制。