流量系数的计算

1 流量系数KV的来历

调节阀同孔板一样，是一个局部阻力元件。前者，由于节流面积可以由阀芯的移动来改变，因此是一个可变的节流元件；后者只不过孔径不能改变而已。可是，我们把调节阀模拟成孔板节流形式，见图2－1。对不可压流体，代入伯努利方程为：

（1）

解出

命图2-1 调节阀节流模拟

再根据连续方程Q＝ AV，与上面公式连解可得：

（2）

这就是调节阀的流量方程，推导中代号及单位为：

V1 、V2 ——节流前后速度；

V ——平均流速；

P1 、P2 ——节流前后压力，100KPa；

A ——节流面积，cm；

Q ——流量，cm／S；

ξ——阻力系数；

r ——重度，Kgf／cm；

g ——加速度，g = 981cm/s；

如果将上述Q、P1、P2 、r采用工程单位，即：Q ——m3/ h；P1 、P2 ——100KPa；r——gf/cm3。于是公式（2）变为：

（3）

再令流量Q的系数为Kv，即：Kv ＝

或（4）这就是流量系数Kv的来历。

从流量系数Kv的来历及含义中，我们可以推论出：

（1）Kv值有两个表达式：Kv = 和

（2）用Kv公式可求阀的阻力系数ξ = （5.04A/Kv）×（5.04A/Kv）；

（3），可见阀阻力越大Kv值越小；

（4）；所以，口径越大Kv越大。

2 流量系数定义

在前面不可压流体的流量方程（3）中，令流量Q的系数为Kv，故Kv 称流量系数；另一方面，从公式（4）中知道：Kv∝Q ，即Kv 的大小反映调节阀流量Q 的大小。流量系数Kv国内习惯称为流通能力，现新国际已改称为流量系数。

2.1 流量系数定义

对不可压流体，Kv是Q、△P的函数。不同△P、r时Kv值不同。为反映不同调节阀结构，不同口径流量系数的大小，需要跟调节阀统一一个试验条件，在相同试验条件下，Kv的大小就反映了该调节阀的流量系数的大小。于是调节阀流量系数Kv的定义为：当

调节阀全开，阀两端压差△P为100KPa，流体重度r为lgf/cm(即常温水)时，每小时

流经调节阀的流量数（因为此时），以m/h 或t／h计。例如：有一台Kv ＝50的调节阀，则表示当阀两端压差为100KPa时，每小时的水量是50m／h。

Kv＝0.1，阀两端压差为167－（－83）＝2.50，气体重度约为1

.0×E（－6），每小时流量大约为158 m／h。＝43L/s=4.3/0.1s

Kv＝0.1，阀两端压差为1.67，气体重度约为1

2.2 Kv与Cv值的换算

国外，流量系数常以Cv表示，其定义的条件与国内不同。Cv的定义为：当调节阀全开，阀两端压差△P为1磅／英寸2，介质为60°F清水时每分钟流经调节阀的流量数，以加仑／分计。

由于Kv与Cv定义不同，试验所测得的数值不同，它们之间的换算关系:Cv ＝

1.167Kv （5）

2.3 推论

从定义中我们可以明确在应用中需要注意的两个问题：

（1）流量系数Kv不完全表示为阀的流量，唯一在当介质为常温水，压差为100KPa时，Kv才为流量Q；同样Kv 值下，r、△P不同，通过阀的流量不同。

（2）Kv是流量系数，故没单位。但是许多资料、说明书都错误地带上单位，值得改正。

3 原流量系数Kv计算公式

3.1 不可压流体的流量系数公式

公式（4）是以不可压流体来推导的，此公式即为不可压流体的流量系数公式。

3.2 可压流体的流量系数公式

可压流体由于考虑的角度不同，有不同的计算公式，主要采用的是压缩系数法和平均重度法两种。

压缩系数法是在不可压流体流量系数公式（4）基础上乘上一个压缩系数ε而来，即

或

并将r换算成标准状态（0℃、760mmHg）的气体重度：

于是得出（6）

式中，ε——压缩系数，由试验确定为ε＝ 1－0.46△P／P1，

在

饱和状态时，△P／P1 ＝ 0.5，此时流量不

再随△P的

增加而增加，即产生了阻塞流（阻塞流的定义

为：

流体通过调节阀时，所达到的最大极限流量状

态），

见图2－2。ε＝1－0.46×0.5 ＝ 0.76；

t——介质温度，℃；

N——在标准状态下的参数。

用于蒸气计算时，计算公式略有不同，见表2

－1。

3.3 平均重度法

平均重度法公式推导要复杂得多。在推导中将调节阀相当长度为L、断面为A 的管道来代替，并假定介质为理想流体，当介质稳定地流过管道时，采用可压缩流体流

量方程式：（2-11）

式中， Lf——摩擦功；

g ——加速度。

在上式基础上，再引入三个辅助方程：

理想气体多变热力过程的变化规律方程

P1V1m ＝常数

状态方程P1V1 ＝ RT1

连续方程 VA／v ＝常数

以上三式中：v——比容；

m——多变指数；

R——气体常数；

T——绝对温度；

V——流速。

由上述4个方程通过一系列纯数学推导（略），得到其流量方程

为：

为简化公式，把实际流动简化为等温度变化来处理，故取m＝1。同时，把物理常数代入，即可整理

得：

(7)

当△P／P1 ≥0.5时，流量饱和，故以△P＝ 0.5P1 代入上式得：

(8)

同样，蒸气的计算公式也是在公式（7）、（8）基础上推导出来的。

综合上述，把原各种介质的Kv值计算公式汇总在表2－1中。

表2-1 原调节阀流量系数Kv值计算公式

流体压差条件计算公式

液

体

-

G——重量流量（t／h）

气体压缩系数法平均重度法

一般气体

一般气体