在化工生產(chǎn)工藝流程中的管路和設(shè)備中，有大量的流體流量調(diào)節(jié)閥對(duì)保證設(shè)備的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。它們有多種結(jié)構(gòu)形式，分別適用于不同場(chǎng)合，其主要作用即用于調(diào)節(jié)流量，以保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。它們有操作簡(jiǎn)單、方便，易于控制等特點(diǎn)，故受到廣泛的應(yīng)用。但也有消耗能量過(guò)大、閥門(mén)元件易損等缺陷，若設(shè)計(jì)使用不當(dāng)，會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)影響。本文主要分析對(duì)管路流量調(diào)節(jié)過(guò)大、輸送流體溫度過(guò)高，可能會(huì)產(chǎn)生的汽蝕和閃蒸現(xiàn)象的原因。

一、流體在調(diào)節(jié)閥中的流動(dòng)過(guò)程

液體在調(diào)節(jié)閥的流道中的流動(dòng)過(guò)程是極其復(fù)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(zhì)的密度，kg/m3。

對(duì)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(guò)該截面的截面積成反比。

同時(shí)，又根據(jù)伯努利方程式[1]：

式中z——位置標(biāo)高，m；

p——靜壓強(qiáng)，Pa；

g—— 重力加速度，kg?m/s2。

忽略管道進(jìn)出口流體的位置標(biāo)高差別，如果通過(guò)截面時(shí)的流速增大，則意味著斷面的壓力將下降，當(dāng)流體的壓力下降到該溫度下的飽和壓力Pv時(shí)，液體將出現(xiàn)汽化，同時(shí)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(duì)設(shè)備有較大的破壞力。我們以前僅對(duì)離心泵的汽蝕現(xiàn)象研究較 多，而對(duì)管路中調(diào)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(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生汽蝕和閃蒸的機(jī)理將顯得更加重要。

二、流體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥前后的壓力變化分析

圖1是液體通過(guò)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)窗口（節(jié)流孔）的各點(diǎn)的壓力變化曲線

假設(shè)閥門(mén)前后的管徑相同，液體在調(diào)節(jié)閥窗口前、后的相當(dāng)長(zhǎng)的距離內(nèi)，液體一直處于穩(wěn)定流動(dòng)，同時(shí)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(diào)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(dāng)液體通過(guò)調(diào)節(jié)閥窗口時(shí)可能有三種工況：

1、液體通過(guò)調(diào)節(jié)閥窗口時(shí)，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(dāng)時(shí)液體溫度下的相應(yīng)的飽和壓力，在這種工況下，液體通過(guò)調(diào)節(jié)窗口后不會(huì)發(fā)生汽蝕和閃蒸現(xiàn)象。

2、當(dāng)液體通過(guò)調(diào)節(jié)窗口時(shí)，液體的壓力小于或等于當(dāng)時(shí)液體溫度下的相應(yīng)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(shí)在金屬表面某處形成一個(gè)穩(wěn)定的汽蝕區(qū)，汽泡在金屬表面的不斷形成和增長(zhǎng)，同時(shí)隨著流體下移壓力回升（即速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽?，?dāng)該處的液體壓力大于當(dāng)時(shí)液體溫度下的飽和壓力時(shí)，則汽泡破裂（凝聚），而汽蝕正是由于這些汽泡的反復(fù)破裂所引起的。當(dāng)汽泡破裂時(shí)，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(guó)某研究所測(cè)得汽蝕汽泡中心部位的壓力高達(dá)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(qiáng)度錘子反復(fù)錘擊金屬表面，導(dǎo)致表面疲勞。同時(shí)，汽泡破裂產(chǎn)生的局部溫度也可能達(dá)至攝氏幾千度，這種高溫“過(guò)熱點(diǎn)”在金屬表面的長(zhǎng)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(lái)的小塊像飽含氣孔的焦炭一樣，很容易辨認(rèn)。

因大部分汽蝕汽泡遠(yuǎn)離金屬表面，汽泡破裂產(chǎn)生的沖擊波對(duì)金屬表面的損壞不大，只有在金屬表面產(chǎn)生和增長(zhǎng)的汽泡又同時(shí)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(huì)造成設(shè)備損壞。

        3、當(dāng)液體通過(guò)調(diào)節(jié)窗口時(shí)，液體的壓力降低于當(dāng)時(shí)液體溫度下相應(yīng)的飽和壓力，而且閥門(mén)后的出口壓力仍然低于相應(yīng)的飽和壓力，所以液體通過(guò)調(diào)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(shí)合并、破裂和產(chǎn)生蒸汽，這種過(guò)程為閃蒸，如圖1中曲線Ⅲ所示。受閃蒸破壞的金屬表面沒(méi)有蜂窩狀的凹坑，而是大塊剝落，很易區(qū)別。