安全阀开启流场参数的模拟与试验研究

发布时间：2017-03-29 17:25

  本文关键词：安全阀开启流场参数的模拟与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：弹簧全启式安全阀在系统承受突然超压时，可以快速开启，从而及时释放超压介质，防止关键设备超压爆炸，使生产系统重新获得正常运行条件，因此在事故频发的今天倍受重视。安全阀在超压开启过程中，泄放流道中流态变化一直是人们关注的重点。本文采用ANSYS CFX数值模拟和现场试验两种方法深入研究和探讨安全阀开启过程中内部流场参数的变化规律，主要研究内容有： 1）建立了阀芯和反冲盘的分离模型，利用结构动网格技术，新的初始条件和开高限位设置方法，对新模型进行数值模拟。2）采用路径分析和区域分解法对不同开启时刻相同路径、相同时刻不同路径的流场参数曲线进行了分析；首次得到了瞬态开启过程中安全阀的数值模拟特性曲线，，并根据升力和排量的时间变化曲线，得到了升力和排量系数随相对开高的变化曲线。3）为了解安全阀的超音速开启机理，本文进一步研究了调节圈位置和罐压超压不同对开启压力、开高、升力和排量的影响。4）在试验研究方面，首次使用了位移传感器，并结合阀芯传感器、升力传感器和检测法兰等检测技术对安全阀全启排放过程进行多次测试，采集得到了位移、上下阀瓣压力和升力的试验曲线。 因此，本文首先对比分析新旧模型模拟结果的异同，验证了新模型的可行性。其次，研究发现，在稳定排放阶段，安全阀喉部截面气体仍处于亚音速流态，并不像喷管理论预测的那样整个喉部截面完全进入超音速流动；安全阀密封面流道附近和反冲盘出口流道附近存在着强烈的超音速流动。此外，由分析可知，整定压力对开启过程升力和排量影响较大，但对稳定开高影响不大；除最高调节圈Y=+1.0mm位置外，调节圈位置越高，稳定排放阶段各参数数值越大；而罐压超压越大，稳定排放阶段各参数数值越大。最后，把试验值与模拟结果进行对比，发现二者非常吻合，验证了模拟的正确性。
【关键词】：安全阀 内部流场 调节圈 罐压超压 试验测试
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 安全阀基础13-14
• 1.3 国内外研究文献概述14-22
• 1.3.1 安全阀试验研究14-17
• 1.3.2 安全阀流场模拟17-22
• 1.4 本文的工作22-23
• 本章小结23-24
• 第二章 安全阀数值模型24-34
• 2.1 CFX 湍流模型选择24
• 2.2 新模型建模和结构网格24-28
• 2.2.1 Pro/E 模型简化24-25
• 2.2.2 ICEM CFD 网格划分25-26
• 2.2.3 网格划分26-27
• 2.2.4 网格质量检测27-28
• 2.3 CFX-Pre 定义28-33
• 2.3.1 CEL 语言28-30
• 2.3.2 初始值设定30-31
• 2.3.3 边界条件的确定31-32
• 2.3.4 求解器控制32-33
• 本章小结33-34
• 第三章 新模型可行性分析34-52
• 3.1 开启流场参数云图对比34-39
• 3.1.1 密度云图34-35
• 3.1.2 马赫数云图35-38
• 3.1.3 压力云图38-39
• 3.1.4 流线图39
• 3.2 开启动力学参数对比39-42
• 3.2.1 位移曲线39-40
• 3.2.2 速度曲线40-41
• 3.2.3 加速度曲线41-42
• 3.3 开启监控点的数据对比42-45
• 3.3.1 密度变化对比42-43
• 3.3.2 马赫数变化对比43-44
• 3.3.3 压力变化对比44-45
• 3.4 开启过程性能参数对比45-51
• 3.4.1 升力计算45-48
• 3.4.2 排量计算48-51
• 本章小结51-52
• 第四章 安全阀开启过程流场参数模拟结果分析52-65
• 4.1 开启流场参数的路径分析52-58
• 4.1.1 不同时刻相同路径流场参数变化52-54
• 4.1.2 同一时刻不同路径流场参数变化54-56
• 4.1.3 稳排阶段开启部件流场参数变化56-58
• 4.2 开启过程性能参数分析58-61
• 4.2.1 安全阀特性曲线58
• 4.2.2 升力和升力系数58-59
• 4.2.3 排量和排量系数59-61
• 4.3 整定压力对开启过程的影响分析61-64
• 4.3.1 不同整定压力对流场参数的影响61-62
• 4.3.2 不同整定压力对开启高度的影响62
• 4.3.3 不同整定压力对升力的影响62-63
• 4.3.4 不同整定压力对排量的影响63-64
• 本章小结64-65
• 第五章 调节圈位置和罐压超压影响研究65-76
• 5.1 调节圈位置对安全阀开启流参数的影响65-72
• 5.1.1 对整个开启过程的开高和压力分析65-68
• 5.1.2 对相同开高的升力和排量分析68-70
• 5.1.3 对稳定排放阶段各参数分析70-72
• 5.2 不同罐压对开启流场参数的影响72-75
• 5.2.1 对下阀瓣压力的变化72-73
• 5.2.2 对开启高度的变化73-74
• 5.2.3 对升力和排量的影响74-75
• 本章小结75-76
• 第六章 安全阀全启排放试验与模拟结果对比验证76-86
• 6.1 试验内容76
• 6.2 试验装置介绍76-78
• 6.3 安全阀全启排放试验准备78
• 6.3.1 压力传感器标定78
• 6.3.2 位移传感器标定78
• 6.4 安全阀全启试验结果分析分析和对比78-82
• 6.4.1 位移传感器数据79-80
• 6.4.2 阀芯传感器数据80-81
• 6.4.3 升力传感器数据81-82
• 6.5 稳定排放阶段调节圈的影响对比82-84
• 6.5.1 开高和升力82-83
• 6.5.2 上下阀瓣压力83-84
• 6.6 稳定排放阶段罐压的影响对比84-85
• 6.6.1 开高和升力84-85
• 6.6.2 上下阀瓣压力85
• 本章小结85-86
• 结论与展望86-87
• 结论86
• 展望86-87
• 参考文献87-92
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果92-93
• 致谢93-94
• 附件94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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9 路兰卿;路云霞;;全启式安全阀排放能力理论研究[J];机电产品开发与创新;2010年06期

10 郭崇志;余爱枝;;阀芯膜传感器的可行性分析[J];机械设计与制造;2009年01期

  本文关键词：安全阀开启流场参数的模拟与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：275037