流体通过调节阀的特殊流动状态

前述讨论了流过调节阀的介质处于正常流动状态（紊流）的情况。如前所述，在正常流动状态下，通过调节阀的液体流量与压力损失的平方根成正比。流量和压力损失之间的这种关系，存在于调节阀的大多数使用情况之中。然而，原料加工过程的多样化也经常应用于通过调节阀的介质，这是非正常流动情况。

图7-1所示为介质流过调节阀的过程。图7-2所示为不同状态流体通过调节阀时的q_V=f（Δp_r）曲线。当通过调节阀的压力损失小、黏度大，或者K_V值小时，流动处于层流，流量和压力损失之间是线性关系。这种情况如图7-2所示的Ⅰ区。调节阀开度不变时，随着压力损失的增加，流速增加，流量也增加。在某一特定的压力损失下，流动进入过渡区（图7-2中的点1，Ⅱ区的开始）。

如果在调节阀上的压力损失继续增加，流动进入紊流区，也就是前面所说的正常流动状态（图7-2中的Ⅲ区）。当调节阀有较大压力损失时，在最大收缩截面处，压力下降到很低，以致达到汽化压力p_v，如图7-1b所示。在图7-2的特性曲线上，这种现象相当于点3和点4之间。因为达到了流动介质的汽化压力，故开始了汽化过程。在收缩区后，发生压力恢复现象。恢复到较高的压力p₂，在收缩区形成的气泡被凝结下来。在这种情况下，调节阀运行在涡流区（图7-2的Ⅳ区）。

图7-1 通过调节阀的流动过程

a）调节阀 b）调节阀的压力变化

1—进入调节阀 2—进入阀芯系统 3—离开阀芯系统 4—收缩区 5—流出调节阀(https://www.xing528.com)

介质在涡流区流动时，流量和压力之间不再保持平方关系。当调节阀的压力损失进一步增大时，汽化也进一步发展。在阀芯-阀座系统通道的最小截面，全部发生涡流（汽化）过程时，流量不再随压力损失增长。这时达到最大流量值q_Vmax，也就是图7-2中的点6。图7-2中区域Ⅴ的介质状态称为节流。

图7-2 不同状态的介质通过调节阀时的曲线

Ⅰ—层流区 Ⅱ—过渡流区 Ⅲ—紊流（正常）区 Ⅳ—涡流区 Ⅴ—节流区

上面介绍的是不可压缩介质的流动情况。可压缩介质流过调节阀时，会出现更复杂的现象。可压缩介质流过调节阀的速度，比不可压缩介质大得多，流速随收缩区的压力降低而增大。当在调节阀上，压力损失等于或大于入口绝对压力p₁的一半时，在收缩区域介质的速度，达到了在该介质中声音传播的速度。这就是临界流动区。

层流、涡流、节流和临界流动的关系，不能按照正常流动时确定的关系式。涡流和临界流伴随着力学现象，导致调节阀迅速地被汽蚀和出现噪声。下面将详细介绍这些特殊流动的特殊现象和专门计算公式。