低温阀门滴水盘表面霜露形成传热分析

发布时间：2020-08-01 08:22

【摘要】：随着全球低温工程制品生产规模的不断扩大,低温阀门在低温市场的需求量也在不断增长。与此同时,市场对低温阀门的技术性能及结构要求也在不断提高。低温阀门在实际运行过程中受到环境温度、空气相对湿度、来流空气速度以及阀内介质温度等诸多因素影响,可能会使低温冷表面有结露、结霜现象产生。当低温阀门阀盖及滴水盘表面发生结露、结霜现象后,会降低低温阀门的使用寿命,还可能会使阀门发生泄漏,导致事故发生。本文介绍了课题的研究背景及意义,阐述了低温阀门冷表面发生霜露凝结现象的研究现状,概述了低温阀门表面霜露形成的主要影响因素,论述了低温阀门表面霜露形成的机理。针对低温阀门在运行过程中长颈阀盖及滴水盘表面发生霜露凝结现象的问题,以6"1500LB低温球阀为研究对象,采用理论分析、数值计算及试验验证等方式,简化低温阀门长颈阀盖及滴水盘物理模型,结合能量守恒定律和傅里叶定律,得到低温阀门阀盖及滴水盘不同位置的温度随时间变化规律。利用ANSYS Workbench和Fluent软件,数值模拟分析低温阀门温度场和滴水盘二维模型表面的霜露形成过程,分析了不同时间内霜层的形貌变化情况以及影响低温阀门表面霜层生长的因素。测试了低温球阀填料压盖上表面处的阀杆、滴水盘根部、阀盖中法兰根部及阀体内腔温度,验证了长颈阀盖和滴水盘非稳态温度场理论分析与数值模拟结果的正确性。通过对低温阀门长颈阀盖和滴水盘传热过程理论分析发现低温阀门阀盖及滴水盘不同位置的温度随时间变化规律呈单调递减的指数函数分布。对滴水盘二维模型霜露形成过程进行数值模拟,发现环境温度、空气相对湿度、对低温阀门表面霜层生长影响较大,来流空气速度影响较小。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH134
【图文】：

阀门,真空绝热,低温工况,绝热层

阀内介质温度等于或小于 120K 且能够在 223K～323K 的环境温度下门称之为低温阀门[71]。低温阀门应用于绝大多数的低温工程之中，为了工况的要求，低温阀的设计本身也在不断发展与自我完善。采用长颈阀滴水盘、优良性能的填料密封材料及可以适应在常温、低温工况下频繁有稳定密封性的垫片等等，都在日益满足其在低温工况下的要求。低温要的结构特性和使用途径分为以下四类[71]：（1）具有堆积式绝热层的阀门具有堆积式绝热层的阀门也被称为整体式阀门。此类阀门的结构特点于低温区，采用长颈阀盖结构可使得填料及阀杆螺纹处远离低温区，多装置及其他堆积绝热装置等。（2）真空绝热冷冻阀真空绝热冷冻阀主要用于液化气输送线中，冷凝温度低于 120K。阀门要采用真空形式且和管道绝热腔形成一致的封闭系统。采用对接式热桥理将更为方便。如图 2.1 所示，为两种不同类型低温阀门结构。

曲线,水滴,相变过程,温度

图 2.3 水滴相变过程温度随时间变化曲线析遇冷之后一旦发生结露现象，所形成的液滴条件要经历水滴成核过程，是指形成热力学滴被定义为凝结核心，蒸发作用并不会使其这些核心上继续凝结并使之长大。均相成核和异相成核两种方式[74]。其中，均能够聚集形成稳定的第二相的过程；异相成，稳定的组分会在两相不相溶界面上产生的微小的悬浮颗粒，并且异相成核所需克服的所以在过饱和度不太高的情况下，水蒸气会核凝结。但异相成核与均相成核并不是互相降低其发生的可能性。核过程分析

微元体

低温阀门滴水盘表面霜露形成传热分析W/(m·K)；方向与温度升高的方向相反。体热流密度与其温度场所形成的温度梯果的归纳总结，再通过数学形式表达出为单位时间通过物体某一截面的热量，化率成正比。示导热物体温度场的数学表达式，可由结合相应的包含时间与边界的定解条件热问题以一个微元平行六面体为例进行 x、y、z 坐标轴方向的分热流量[75]，如

【参考文献】