在化工生產(chǎn)工藝流程中的管路和設備中，有大量的流體流量調節(jié)閥對保證設備的正常運行起著至關重要的作用。它們有多種結構形式，分別適用于不同場合，其主要作用即用于調節(jié)流量，以保證設備的穩(wěn)定運行。它們有操作簡單、方便，易于控制等特點，故受到廣泛的應用。但也有消耗能量過大、閥門元件易損等缺陷，若設計使用不當，會給生產(chǎn)帶來影響。本文主要分析對管路流量調節(jié)過大、輸送流體溫度過高，可能會產(chǎn)生的汽蝕和閃蒸現(xiàn)象的原因。

一、流體在調節(jié)閥中的流動過程

液體在調節(jié)閥的流道中的流動過程是極其復雜的，根據(jù)連續(xù)性方程：

uAp=常數(shù)

式中u——截面平均流速，m/s；

A——流道截面積，m2；

p—流體介質的密度，kg/m3。

對于不可壓縮的流體，p=常數(shù)，因此uA=常數(shù)，亦即流體的流速和通過該截面的截面積成反比。

同時，又根據(jù)伯努利方程式[1]：

式中z——位置標高，m；

p——靜壓強，Pa；

g—— 重力加速度，kg?m/s2。

忽略管道進出口流體的位置標高差別，如果通過截面時的流速增大，則意味著斷面的壓力將下降，當流體的壓力下降到該溫度下的飽和壓力Pv時，液體將出現(xiàn)汽化，同時發(fā)生汽蝕或閃蒸現(xiàn)象。

由于汽蝕現(xiàn)象和閃蒸現(xiàn)象對設備有較大的破壞力。我們以前僅對離心泵的汽蝕現(xiàn)象研究較 多，而對管路中調節(jié)閥可能產(chǎn)生的汽蝕和閃蒸現(xiàn)象造成的破壞未引起足夠重視，因此研究防止液體在流動過程中產(chǎn)生汽蝕和閃蒸的機理將顯得更加重要。

二、流體流經(jīng)調節(jié)閥前后的壓力變化分析

圖1是液體通過調節(jié)閥調節(jié)窗口（節(jié)流孔）的各點的壓力變化曲線

假設閥門前后的管徑相同，液體在調節(jié)閥窗口前、后的相當長的距離內，液體一直處于穩(wěn)定流動，同時不考慮液體的位能及節(jié)流前后的溫度變化，則根據(jù)連續(xù)性的方程，u1=U2。

Pl、p3——入口壓力及出口壓力

P2——最小截面處（調節(jié)閥窗口）壓力

U1、u2——入口流速及出口流量

從圖1中看出，當液體通過調節(jié)閥窗口時可能有三種工況：

1、液體通過調節(jié)閥窗口時，因液體流速增大，造成壓力降低，如圖1中的曲線I所示。但P2大于當時液體溫度下的相應的飽和壓力，在這種工況下，液體通過調節(jié)窗口后不會發(fā)生汽蝕和閃蒸現(xiàn)象。

2、當液體通過調節(jié)窗口時，液體的壓力小于或等于當時液體溫度下的相應的飽和壓力，如圖1中曲線Ⅱ所示。根據(jù)汽蝕理論的研究，此時在金屬表面某處形成一個穩(wěn)定的汽蝕區(qū)，汽泡在金屬表面的不斷形成和增長，同時隨著流體下移壓力回升（即速度能轉變?yōu)閴毫δ埽斣撎幍囊后w壓力大于當時液體溫度下的飽和壓力時，則汽泡破裂（凝聚），而汽蝕正是由于這些汽泡的反復破裂所引起的。當汽泡破裂時，周圍液體即迅速地填充破裂汽泡的空間，沖入的流體形成高速而沖擊金屬表面[2]。據(jù)美國某研究所測得汽蝕汽泡中心部位的壓力高達2.0×103MPa，由于汽泡破裂產(chǎn)生的沖擊金屬表面，好似微小的高強度錘子反復錘擊金屬表面，導致表面疲勞。同時，汽泡破裂產(chǎn)生的局部溫度也可能達至攝氏幾千度，這種高溫“過熱點”在金屬表面的長期累積，引起金屬表面撕裂，出現(xiàn)蜂窩狀的凹坑，并逐步深入金屬本體，脫落下來的小塊像飽含氣孔的焦炭一樣，很容易辨認。

因大部分汽蝕汽泡遠離金屬表面，汽泡破裂產(chǎn)生的沖擊波對金屬表面的損壞不大，只有在金屬表面產(chǎn)生和增長的汽泡又同時在金屬表面破裂或者在接近金屬表面破裂，產(chǎn)生的沖擊波才會造成設備損壞。

        3、當液體通過調節(jié)窗口時，液體的壓力降低于當時液體溫度下相應的飽和壓力，而且閥門后的出口壓力仍然低于相應的飽和壓力，所以液體通過調節(jié)閥窗口后，部分液體即發(fā)生汽化，產(chǎn)生兩相流，汽泡有時合并、破裂和產(chǎn)生蒸汽，這種過程為閃蒸，如圖1中曲線Ⅲ所示。受閃蒸破壞的金屬表面沒有蜂窩狀的凹坑，而是大塊剝落，很易區(qū)別。