基于喷管理论的安全阀内部流场模拟与试验研究

发布时间：2017-11-18 06:00

  本文关键词：基于喷管理论的安全阀内部流场模拟与试验研究

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【摘要】：弹簧式安全阀是一种自动阀门,主要用于锅炉、压力容器和管道上,控制压力不超过规定值,对人身安全和设备运行起着重要保护作用。当系统压力超过规定值时,安全阀开启将多余介质及压力泄放,使系统压力不超过允许值,从而保证系统不会因压力过高而发生事故。安全阀是实现所保护的生产装置本质安全的关键保障,分析安全阀内部流场规律及排量、升力、反冲力的实质就是对装置本质安全技术进行的研究。本文采用数值模拟对安全阀内部流场进行研究,并通过试验检测对开启过程动态参数进行评估。主要研究内容有:1)结合喷管理论及空气动力学等相关知识对安全阀进口段、喉部段、开启段流场参数的变化机理进行深入研究,发现传统喉部出口流域附近气流的流动形式与缩放喷管存在相似之处。总结了传统喉部出口截面的临界流动规律,并归纳了超音速排量、亚音速排量、总排量随稳态开高的变化规律。2)采用云图和路径分析的方法分析了安全阀在不同稳态开高下帘面流道气流的流动规律,发现帘面流道与传统喉部流道的流动特点差异明显。首次采用有效排放面积法与阀瓣排量公式计算得到了稳定排放状态帘面出口超音速排量,并通过与实际超音速排量进行对比,验证了有效面积法与阀瓣排量公式计算超音速排量的准确性。3)研究了不同凸边高度的反冲盘模型对安全阀开启性能的影响,发现凸边高度较小时导致安全阀发生颤振、频跳等故障。当凸边高度为7.5mm时,安全阀反冲力和升力达到最大值,当凸边高度大于该值时,反冲力和升力都出现了波动性变化。4)研究了不同结构的反冲盘前压区模型对反冲效应的影响,发现圆曲面模型能够有效降低反冲盘前压区漩涡的产生,并且能够为安全阀开启提供最大的反冲力。为安全阀结构优化设计提供了参考依据。5)通过安全阀超压泄放试验获得了安全阀瞬态开启过程中的位移、升力、阀瓣压力、检测法兰、压力传感器数据。利用检测法兰压力传感器数据得到了安全阀动作过程中的排量数据,应用升力与阀瓣压力数据得到了安全阀反冲力。通过试验数据与模拟结果的对比分析,验证了数值模拟技术研究安全阀性能的可靠性。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH134

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本文编号：1198737