蜡式温控阀控温机理及内部流动分析苏清苗１，何世权１，权辉２（１．兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州７３００５０；２．兰州理工大学能源与动力工程学院，甘肃兰州７３００５０）摘要：为了研究新型蜡式温控阀控温机理及内部流动特性，对其感温包感温原理进行了理论分析及实验研究，并对其内流场采用Ｎ－Ｓ方程和标准κ－ε湍流模型进行数值计算．结果表明：在相变过程中，流体温度与导杆行程的关系曲线呈“Ｓ”型，此阀感温蜡的理想工作区间为３５～５５℃．随着入口速度的增大，入口处的压力也呈逐渐增大的趋势；小速度与大速度总温度总体分布趋势基本相同，不同的入口速度情况下，阀出口温度基本不变化或者变化趋势不明显，即温控阀入口速度并不是影响其控温的关键因素．关键词：蜡式温控阀；感温包；控温机理；流动特性；数值模拟：ＴＨ１３４文献标志码：Ａ：１００４－０３６６（２０１４）０１－００８７－０４温控阀是一种控制流体流量、流体温度的典型自力式调节装置，是集测温、控温于一体，无需外加能源，自动控制流体温度和流量的装置［１］．它直接依靠感温包内的感温蜡熔化时产生的膨胀力来驱动阀门开度，从而按一定比例调节流体流量达到控制温度的目的［２］．感温包内盛装感温蜡，并用横膈膜将其密封，由它感应出口流体的温度．工作时，感温包受热（或遇冷），热量通过刚性紫铜密封容器外壁使感温包内的感温蜡受热熔化（或冷凝）后体积膨胀（或收缩），通过膈膜、锥形橡胶键和垫片来带动导杆工作．当导杆发生位移并接触调节螺栓底部时，调节螺栓底部会产生反推力，导杆发生位移时被压缩的复位弹簧提供向右的推力，并在感温包所受温度降低时帮助导杆复位，由于这二力共同作用，使感温包带动温控阀内部的调节套筒在热流体及冷流体的混合腔内来回移动，以连续自动的方式调节冷、热流体的入口开度．例如混合流体出口温度升高，那么刚性紫铜密封容器内的感温蜡体积将会膨胀，导杆推动调节螺栓底部，调节螺栓底部给其一个反向的作用力，调节套筒随着感温包向左运动，阀门的高温流道开度减小，而低温流道开度增大，进而混合流体温度会降低［３］．温控阀的实物如图１所示．目前国外对温控阀结构及应用的研究比较多，主要集中在对蜡式温控阀的研究应用有很大扩展的微型阀门的性能和结构上，关于感温介质方面，并没有对感温蜡本身的性质做研究，而只是做了感温蜡的传热以及流动实验［４－６］．２０世纪７０年代，我国进口了内燃机机车，它的液压系统中使用了温控阀，这也是温控阀首次在我国出现．目前国内外关于蜡式温控阀应用方面的公开报道较多，但对于其控温机理及应用ＦＬＵＥＮＴ软件模拟其内部流场的公开报道较少．我们自行设计试验系统，进行了温控阀导杆位移随感温包温度变化的实验与基本控温实验，并且借助ＦＬＵ－ＥＮＴ软件，研究了温控阀的流场和控温性能．图１温控阀Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｉｃｖａｌｖｅｆｏｒｔｅｓｔｉｎｇ１实验部分１．１理论分析蜡式感温包依靠感温蜡的固液相变产生比较明收稿日期：２０１３－０５－２８基金项目：甘肃省自然科学基金（０８０９ＲＪＺＡ００８）作者简介：苏清苗（１９８４－），女，甘肃庆阳人，硕士，主要从事阀门与流体密封的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ａｎｇｅｌａｓｕ１９８５＠１６３．ｃｏｍ８８甘肃科学学报２０１４年第１期显的体积变化，进而控制阀芯的开口大小．阀芯、感温包的结构如图２所示．图２感温包工作示意图Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｒｍｏｓｔａｔｉｃｖａｌｖｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｗａｘ－ｔｙｐｅａｃｔｕａｔｏｒ石蜡的膨胀体积与温度的关系曲线在整体上是非线性的，都为Ｓ型指数曲线［７］．可以大致划分为３个区，如图３所示．图３蜡质感温元件特性曲线Ｆｉｇ．３Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｗａｘ－ｔｙｐｅａｃｔｕａｔｏｒ图３中固相区为Ａ－Ｂ、固液两相区为Ｂ－Ｃ、液相区为Ｃ－Ｄ，可以将这３个区域分别近似看成是线性关系．感温蜡最好的工作区间应选在固液两相区，也就是相变区．１．２实验方案感温包性能的好坏直接影响导杆位移和阀孔开度，所以找到...