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1.5 调节阀的流体特性
1.5.1流体运动的阻力
在一个直径为DN的导管中，其压力损失的计算式如下：
（1-4）
式中 PN——介质密度；
U2N——介质流速
LN——导管的有效长度；
入N——导管的阻力系数；
うNj——通过阀门的能量损失系数；
うNk——其他零件局部损失系数。
如果液体介质流过简单的管路，压力损失值可按实验确定的系数λ进行理论计算，见图1-33.对于局部阻力，仅仅在简单的情况下进行理论计算，因为在大多数情况下，系数是不同的，必须按不同情况通过实验来确定。实际上，系数表示流体沿程阻力的动能损失。对于两个不同的结构或两种不同的工艺条件，除了偶然的情况外，水力阻力是不相等的，系数也是不同的。
如果仅仅涉及到局部阻力，压力降的计算公式如下：
（1-5）
式中 U2N——在局部阻力件之前或之后，按管径DN计算的流体平均速度，在某些情况下是指特定区的流速。
注意：在大多数情况下，ζ是对圆截面管道讲的。
对于一个管段，式（1-2)可写成：
（1-6)
1.局部阻力系数ζk
局部阻力分为阀门阻力和其他局部阻力。这样划分的目的，是便于深入研究通过阀门的介质流动。
（1)导管的流入和流出 当容器与导管连接的时候，导管被安装在容器的出口或入口上，或者把导管的一头插入罐内引出导管，见图1-34和图1-35.图中已给出各种情况下的
值。
（2）流通截面的变化 不同直径导管连接时需要连接件。这些连接件使截面积缓慢地或突然地扩大或缩小。下面介绍各种连接件的压力损失△P和流阻系数ζ的计算关系式
1）突然扩大。如图1-36所示，如果压力损失主要是由于流通截面突然扩大，其计算公式如
下：
(1-7)
计算流阻系数ξ公式如下;
（1-8）
ξ值也可以查表1-113。
2）渐扩管。图1-37位介质通过渐扩管的简图。压力损失产生于介质对管壁的摩擦和流线的扩大。△P是几何尺寸D1、D2、L和∅的函数。
ξ可从图1-38中查得。这是对中等粗糙度管子的实验结果。
3）突然收缩。如图1-39所示，如果已知介质的收缩截面是A2，在这种情况下，压力损失的确定与突然扩大时相似。
计算压力损失△P时，可用式（1-9），而流阻系数ξ的计算如下：
(1-10)
因为在大多数情况下，截面A2是不知道的，所以ξ是A2/A1的函数，如图1-40所示。它对应于进口处为锐边的突然收缩管中流动时ξ的值。
4）渐缩管。如图1-41所示的渐缩管，其压力损失比突然收缩的要小，其压力损失△P的计算如下：
（1-11）
渐缩管的角度∅=4°～10°时，ξ值可查表1-114，它是管子直径比的函数。
2.通过阀门的流阻系数
阀门可以切断、调节或者分配流过的介质。应对阀门进行下列分析：
1）确定阀门全开时产生的流阻或压力损失。
2）不同开度时的流阻系数或压力损失（主要是指调节阀）。
下面仅讨论切断阀。从经济的观点来看，希望阀的全开时阻力越小越好。因此，阀门的ξ值是一个非常重要的指标，也是分级的依据。
进一步研究阀门的特性，可以得出以下结论：
1)阀门的流阻影响系统性能。因为流阻存在，要求增高起点压力，或是降低用户的使用压力。
2)阀门的流体阻力值是介质参数和阀门结构的函数。
3)在较短的管路系统中，能量的总损失主要是由阀门压降引起的。
4)阀门结构的选择，不能仅考虑阀门起到启闭的作用，还必须使阀门的局部阻力尽可能地小。
通过式（1-4)可得出阀门压力损失的计算公式：
由上式可以看出，ξNj的量纲为1.它表示介质通过阀门时的能量损失程度。能量损失的原因是多种多样的，如方向的改变、流通面积的扩张或收缩、管壁的摩擦等。
图1-42示出几种调节阀的简图和介质能量损失的情况。要知道，即使对于一个构造简单的调节阀，要想通过理论计算得出N;值也是不可能的。N;值要通过试验确定。
下面介绍试验结果，以便为计算阀门的能量损失提供方便有用的数据。
显然，应研究每种流动状态（层流、过度流、湍流）下的ξNj值。但实际上，大多是湍流，故通常仅介绍湍流情况下的ξNj值。在雷诺数Re的函数中，ξNj值是个常数。
图1-43示出旋启式单向阀的结构。在表1-15、表1-116及图1-44中，给出了闸阀、截止阀和升降式单向阀及旋启式单向阀的试验N;值。除了这些阀门的数据外，还研究了其他结构的阀门。在缺少具体的ξNj值情况下，可利用表1-117中的数据作为参考值。
