Chapter 1
第1章 绪论

1.1 概述

流程阀门是流体管道输送系统中用来控制流体介质流量以及流向的流体控制元件，如图1-1所示。它具有导流、节流、分流、溢流、截止或止回等功能，对整个系统工作的稳定性和可靠性有着很大的影响，被喻为管路的“咽喉”^[1-3]。

图1-1 流程阀门在管道系统中的应用

流程阀门有着悠久的发展历史，其种类十分丰富，据不完全统计，目前国内有3000多个型号，40000多个规格的阀门产品。为了对流程阀门进行区分，国内和国际上通常采用即按原理、作用又按结构的分类方法将流程阀门分成12大类，即闸阀、球阀、蝶阀、截止阀、旋塞阀、隔膜阀、节流阀、减压阀、止回阀、安全阀、疏水阀以及其他阀门，如图1-2所示。这些流程阀门产品在国民经济各领域都有着广泛的使用。如用于航空发动机测试用风洞系统的双瓣蝶阀，用于西气东输管道系统的超大口径球阀，用于核电站核岛和常规岛系统的蝶阀和截止阀，用于气力输送系统的双闸板闸阀，用于船舰各系统的球阀和蝶阀，用于化工管路的截止阀和球阀，以及用于城市排水工程的球阀等。因此通过对流程阀门开展研究，实现阀门关键技术的突破，有利于促进我国的流程工业乃至整个国民经济的发展。

图1-2 各种类型的流程阀门

流程阀门的调控功能主要依靠启闭件的升降、滑移、旋摆或回转运动改变流道面积大小来实现，其实质是调控阀门内部流体的流动规律。在阀门的节流作用下，阀门下游极易产生漩涡、回流、二次流等不稳定涡流结构，这些复杂流动状态的产生和发展是导致阀门运行失效的主要内在因素之一。

流程阀门的使用环境多样化，其内部流通的介质常常不是单一的流体，而是流体和固体的混合介质，如电厂中的粉煤灰和煤粉正压输送、含固体颗粒杂质的天然气采集输送、冶金工业的金属粉料输送等。由于颗粒的存在，阀门内部涡流结构将与颗粒运动相互耦合，这不仅会导致阀门内部流体动力学特性的复杂化，同时还将导致阀门内部流道表面出现不同程度的磨损，如图1-3所示，从而降低阀门的工作寿命，影响输送系统的安全性和可靠性。

为了提高流程阀门的技术水平，以适应我国日益增长的国民经济的需求，我国阀门企业采取了自主创新和引进消化吸收再创新等举措，通过对一些具有代表性的阀门进行解剖分析，探讨阀门的失效方式，并进行改进设计，实现了较大的技术跨越。然而，大多数阀门产品都未从流动本质出发，对阀门内部流动特性以及流动所诱发的问题开展研究，归纳总结阀门的失效机理，并对阀门的产品进行优化设计，导致一些技术含量高、附加值高的阀门产品核心技术尚未掌握。因此，为满足日益发展的流程工业需求，促进高端流程阀门的国产化进程，亟须掌握流程阀门不同工况下的流体动力学特性及其诱导的阀门损坏规律，从而为流程阀门的设计和优化提供理论支撑。

图1-3 阀门内部流道表面磨损图