1 前語
自力式視鏡是一種全自動的流體溫度和流量控制設備。它的效果是當兩種溫度不一樣的流體別離通入閥腔，通過視鏡內件自動調度兩者的流量，使出口溫度堅持安穩，而無需外加驅動和控制設備。作為一種新式閥門，視鏡在中國的運用日益廣泛，首要運用于電站發電機組和離心緊縮機組等大型的高速回轉機組的軸承光滑冷卻系統以及其它對流體有溫度控制需要的系統中，它具有結構簡略、功用牢靠和節能等利益。
用于自力式視鏡的感溫元件有不一樣的類型，如形狀回想合金、雙金屬片等，但是當時較多選用的是蠟質感溫元件。迄今，國內外對選用蠟質感溫元件的自力式視鏡多從感溫包和機械結構的角度進行分析研討，而很少運用數值仿照軟件對視鏡的流道溫度場分析。這篇文章運用CFD軟件FLUENT對某類型的視鏡進行數值仿照，對其溫度場進行詳細的分析，以及對流道進行優化，使其能夠非常好地發揚恒溫控制的效果。
2 自力式視鏡的結構及作業原理
某一類型自力式視鏡的結構如圖1所示。感溫包是核心部件，它既是流體的感溫元件，又是閥門的驅動元件，由感溫蠟與銅沫混合物構成，其間銅沫首要起導熱效果，可使感溫包內、外的熱量快速傳遞及均勻分布。驅動力根據溫度增加時蠟熔化的體積脹大。感溫蠟的體積改動被錐形橡膠鍵擴展，并傳給閥桿，改動調度筒的位移量，進而改動冷熱流體的流量，直抵抵達預定溫度。感溫蠟與橡膠鍵之間設有一層橡膠隔膜，起隔絕效果。
該自力式視鏡為三通閥，兩進一出。熱流體首要進入視鏡（此刻冷流體通道還處于關閉情況），通過調度筒內腔流經感溫包。當感溫包感知熱流體的溫度高于設定溫度值時，其內填的感溫蠟發作相變，體積脹大，通過推動閥桿使調度筒發作位移，一同翻開冷流體通道（熱流體通道變小），所以冷流體流入視鏡，并與熱流體進行混合。冷、熱流體混合后，還要通過一小段空腔才抵達感溫包，通過熱交換溫度抵達一定值后，混合流體再通過感溫包與視鏡出口之間的空腔室，畢竟流出視鏡。反之，當混合流體溫度跟著冷流體與熱流體的混合而下降時，感溫蠟體積縮短，在復位彈簧的效果下快速關小冷流體進口通道，開大熱流體進口通道，保證混合后的流體溫度始格單元。
終維持在給定的溫度值。由此可見，閥桿的位移是蠟質感溫驅動元件溫度的函數。溫度改動使閥桿和調度筒不斷運動，調度冷熱流體的流量，完成對混合流體的溫度控制。
3 計算模型及網格區別
運用SolidWorks三維實體建模軟件，對圖1所示的調度筒以上的閥腔流道建模。為仿照冷熱流體在閥腔內混合后的溫度場情況，取某一時間冷熱流體比例為1：2的調度筒開度進行建模。在建模中省略彈簧和拉桿等閥內零部件，以便簡化計算。運用計算流體力學軟件FLUENT的前處理器GAMBIT軟件對計算模型進行網格區別，如圖2所示，全部流道共區別為39339個四面體網。
4 計算成果及分析
這篇文章所求解的底子方程是三維不可壓N-S方程，湍流模型選用規范k-E模型。離散方程的求解辦法選用非結構網格上的SIMPLE算法，一階迎風格式。速度壓力場選用隱式的全場迭代解法。視鏡內的流質為某商標緊縮機光滑油，邊界條件為速度進口和安閑流出口，設定冷熱流體的進口流速均為0.5m/s。冷流體溫度為295K，熱流體溫度為325K。
運用FLUENT軟件對視鏡流道模型進行數值仿照，得到對稱面上的速度矢量圖和溫度分布云圖，如圖3、4所示。從圖中能夠看出，閥門內的流場參數底子呈軸對稱分布，這是由于計算模型是軸對稱的，但流體處于湍流情況，活動非常復雜，因此不可能呈現完全軸對稱，但總體上底子構成軸對稱分布。從圖中還能夠看出，進口的冷熱流體通過閥內一段空腔的混合后，溫度逐漸均勻，有利于感溫包感知真實精確的混合流體溫度。但混合效果并不非常志向，溫度分層仍很明顯，從感溫包向外溫度逐漸下降。感溫包頂部流體混合劇烈，但溫度場也并未因此而極好地改進。根據理論計算，本例中混合后的平均溫度是315K，但是，從溫度分布云圖可知，感溫包地點的溫度環境明顯高于混合平均溫度，感溫包周圍的溫度約為318K支配，這是由于感溫包處的流體混合還不可充分，因此感溫包周圍流體溫度偏高，而壁面流體溫度偏低，這么就會致使感溫包對出口流體溫度控制發作過失。為了前進視鏡控溫的精確性，有必要對流道進行改進，以便使感溫包周圍的溫度更靠近混合流體的平均溫度。
5 流道優化
由于自力式視鏡感溫包周圍流場混合不可均勻，需要加強閥腔內冷熱流體混合的力度，因此考慮在閥腔流道內加設節約擋板。為對比擋板方位對節約混合效果的影響，別離在感溫包中部和下部加設擋板，建立了模型一和模型二。
對改進流道進行數值仿照，得到改進后流場的溫度分布，如圖5、6所示。加設節約擋板后，感溫包地點的溫度環境明顯改進，感溫包幾乎完全處于315K溫度的圍住當中，這是流體均勻混合后的精確溫度。闡明加設擋板后，非常有利于感溫包對溫度的精確感知，并且，模型一的改進效果要明顯好于模型二。
由于擋板的存在，大大加強了感溫包周圍流體的劇烈混合，因此能使感溫包周圍的溫度場變得均勻，使其能夠精確感知溫度進而非常好地控制混合流體的溫度。
由于加設了節約擋板，閥內流體阻力會有所增大。阻力丟掉能夠通過數值仿照計算得到的閥門進出口壓力丟掉來衡量，如表1所示。從表中能夠看出，加設擋板后閥門進出口壓力丟掉有一定增大，即閥門阻力增大，且模型一的壓力丟掉稍大于模型二。但是，因加設擋板而導致壓力丟掉的增幅并不大（由無擋板的1.0%增為模型一的1.8%），而對于自力式視鏡來說，感溫控溫的精確程度是其首要功用方面，感溫包周圍溫度場的均勻精確更為重要，加設擋板能使溫度場更加均勻，能夠非常好的增加感溫包的控溫精確度，因此加設擋板更有利于前進視鏡的運用功用，并且以感溫包中部加設擋板的流道模型功用優。
6 定論
（1）通過對自力式視鏡流場的數值仿照，能夠詳細掌握閥內溫度場分布情況，發現流場缺陷，這有助于視鏡的優化計劃，具有非常重要的實際意義；
（2）在感溫包中部加設節約擋板，雖然小幅度增加了一些阻力丟掉，但能夠使感溫包周圍流體充分混合，使其周圍溫度場明顯均勻精確，更有利于視鏡對流體溫度的精確控制。