文献综述
1.研究背景及意义
调节阀又称为控制阀，在管线中主要起到调节介质流量与压力的关键作用[[1]]。现在国内除少数几种特殊阀门产品还需进口替代、测绘仿制，基本可以满足国民经济各个部门的基本需求，但各类阀门的各项性能与国际水平仍然有较大的距离[[2]]。在实际生产部门应用中，高温、高压等特殊工况也越来越来多，从而对高压差的调节阀提出了更高的要求，而且在满足某些条件时，会发生气穴、分离、水击和激波等一系列复杂流动，所以在对阀门内部流动的理论分析和预测方面有很大的困难[[3]]。
近年来，随着电子计算机的蓬勃发展和计算流体学（Computational Fluid Dynamics，CFD）理论的深入研究，数值模拟正成为当前流体机械内部流动及其性能研究的一个重要辅助手段[[4]]。数值模拟可以模仿仿真阀门工作真实条件，深入研究阀门内部流场的机理，可以得到非线性问题的定量结果，是研究调节阀内部流场的重要手段[[5]]。由于其具有成本低及能模拟较复杂或较理想的工况等优点，从而所有涉及流体、热量、分子运输等现象并能建立数学模型的问题[[6]]，都可以通过计算流体力学的方法来进行分析和模拟[[7]]。针对诸如多相流各相间的相互作用、非牛顿流体的本构关系、分层流界面的掺混以及高速水流的汽蚀现象等问题，考虑其机理难以用准确的数学模型加以描写，从而需将计算结果的正确性与试验结果进行比较[[8]]。
2.国外调节阀的发展现状
国外的阀门行业较为成熟，1880年William FISher制造的了第一种带重锤的球形阀[[9]]，是调节阀的雏形并在不断进行创新改进为利用阀后压力进行调节的自力式调节阀[[10]]。40年代相继出现了适用于高压介质的角式调节阀、用于腐蚀性介质的隔膜调节阀和用于大流量调节的蝶阀等，极大地丰富了市场品种；50～60年代出现了三通调节阀，用于配比控制和旁路控制，并出现了适用于大压差和降低噪声的套筒调节阀；70年代，具有良好的密封性、大的流通能力，可应用于较大压差场合的偏心旋转阀成为角行程调节阀的佼佼者；80年代，具有体积小、重量轻、流通能力大的各种精小型调节阀诞生；90开始，随着计算机控制装置的广泛应用，相继诞生各种智能电气阀门定位器和带智能阀门定位器的现场总线调节阀，为调节阀的发展翻开了崭新的一页。
在国外对阀门的研究主要以试验和数值模拟计算相结合的方式进行[[11]]，如Rockwell公司将有限元分析法和计算机辅助设计结合，使所设计的阀门结构更合理。英国的Johnston等人对平板阀进行了详细的试验研究，以水为介质，分析了阀芯顶角等细节对阀门流通特性的影响[[12]]。英国的E.N.Jal MRAeS(Ceng)工程师多高压蒸汽涡轮阀的内部流场进行了分析，得到了不同开度下涡轮阀的压力分布和速度分布[[13]]。日本对阀门的流动特性进行了大量的研究，Tetsuhiro Tsukiji等人使用涡量法对液压阀的流场进行了数值计算[[14]]。OShima等人主要研究了锥阀内部产生的气穴及噪声对阀的影响，并通过试验对两种不同介质下锥阀产生气穴的情况进行了比较[[15]]。
3.国内调节阀的发展现状
国内针对阀门的研制开始于20世纪60年代，由于当时机械工业落后，我国还主要以仿制前苏联的单、双座阀等产品。随着工业生产规模的扩大，工业过程控制要求的提高，一些对高压力、高压降、高、低温和腐蚀介质等控制要求调节大的产品已不能适应生产过程控制的要求。为此，一些企业在引进设备的同时，也引进了一些调节阀进行消化吸收，例如带平衡阀芯的套筒阀、偏心旋转阀等，为国内的调节阀研制指明了研发方向。因此，70年代后期，国内研究机构和生产厂商联合设计了套筒阀，使我国有了自己的套筒阀系列产品。80年代开始，随着我国改革开放政策的贯彻和落实，一些调节阀制造厂引进了国外著名调节阀厂商的技术和产品，使我国调节阀产品的品种和质量得到明显提高。例如，生产出各类型的套筒阀、偏心旋转阀，得到了推广使用，并开始研制精小型调节阀。随着大型电站的等工业项目的进行，也研制了各种电液执行机构。90年代开始，我国的调节阀工业也在引进和消化国外的先进技术后开始飞速发展，一些合资和外资的调节阀工业的水平大大提高，缩短了与国外的差距。随着现场总线技术的应用，到21世纪初，采用现场总线技术的调节阀产品问世，国外一些现场总线的调节阀和相关的产品，例如智能阀门定位器等，开始在国内一些新建工程中应用，国内一些厂商也开始研制有关产品。
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