自力式恒温阀(简称恒温阀,国际上称为Thermostatic valve),是一种控制流体温度的新型阀门。它依靠感温传感器内感温介质随温度变化所产生的膨胀力来驱动阀门的启闭或开度,从而调节进入阀门的冷、热流体流量,控制出口混合流体的温度。其具有结构简单、动作可靠、温度控制精度较高、无需电力或压缩空气等额外动力、自动化程度高等诸多优点,广泛应用于采暖、热水供应等各种热交换设备的温度自动控制场合。同时,针对恒温阀的研究是节能技术研究的重要内容。本文的主要研究内容包括:(1)在推导恒温阀瞬时控温数学模型的基础上,借助于由传感器、智能仪表、数据采集器、计算机和组态工控软件组成的综合实验台,进行了恒温阀基本控温特性实验,恒温阀关键组件参数对出口水温的影响实验,以及恒温阀关键组件参数对出口水温影响的显著性实验。研究结果表明:1)出口水温的变化幅度在±2℃之间,恒温阀静态特性的线性度较好,静态偏差小。2)复位弹簧的预紧力对出口水温有一定影响,因此预紧力不宜过大或过小,应结合蜡质感温元件的温度控制范围来选取;更大的蜡质感温元件膨胀系数,有利于恒温阀精确控制出口水温;随着调节筒最大开度值的增加,恒温阀更容易受到冷、热水入口压力的影响,不利于恒温阀对出口水温的控制,因而在满足阀门流量要求的前提下,应尽可能的减小调节筒的最大开度值。3)恒温阀关键组件参数对出口水温影响的显著性实验则实验了恒温阀关键组件参数的优选原则,以得出最小出口水温偏差的恒温阀组件参数组合。(2)借助于FLUENT软件,建立了恒温阀混合舱的几何模型和物理模型,仿真研究了不同入口压力下恒温阀内部流场的静压分布、温度分布以及速度矢量分布的变化趋势,以探究冷、热水入口压力对流场的影响。分析了调节筒最大开度值对流场的影响规律,为优化恒温阀的结构提供依据。研究结果表明:冷水压力的变化时流场的影响更加显著,因此在恒温阀结构设计时因重点考虑使冷水得通道流动阻力降低;调节筒最大开度值不宜过大,应在满足流通能力的前提下尽量减小其值。依据这一原则,本文提出的恒温阀的调节筒最大开度值应为0.65mm。(3)在不考虑液动力的前提下,建立由调节筒、蜡质感温元件和复位弹簧组成的阶震荡系统的数学模型,通过时、频域分析,得出了改善恒温阀流量调节部件动态特性指标的原则是:1)通过改变恒温阀流量调节部件质量来优化系统动态特性的方案比通过改变恒温阀复位弹簧刚度使系统达到最佳阻尼比的方案更有效;2)减轻流量调节部件的质量可以明显改善流量调节部件动态特性,因此可以探索采用新型材料得以实现;3)改变复位弹簧刚度只能部分优化系统动态特性指标,由于弹簧刚度与蜡质感温元件存在配合关系,因此改变复位弹簧刚度时应综合考虑。