弹簧全启式安全阀排量的数值模拟与实验研究

发布时间：2017-08-15 22:05

  本文关键词：弹簧全启式安全阀排量的数值模拟与实验研究

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【摘要】：安全阀是锅炉、压力容器和压力管道等必要的安全附件。但安全阀在工作过程中会出现各种各样的故障,如整定压力发生偏差,密封面不平整,弹簧刚度过硬或软化,阀杆不对中等,从而引起严重的后果。即使超压时安全阀正常动作,如果排量不足以泄压,或者超过压力和启闭压差不能保持平衡,都会带来严重的后果。因此对安全阀性能评估技术的研究就显得尤为重要。本文采用数值模拟方法研究了安全阀开启过程性能评估技术,并用安全阀固定开高试验和瞬态开启过程试验数据进行了验证,主要内容如下:(1)采用Pro/E三维流域建模、结构化网格、CEL动网格等对安全阀动态开启过程和固定开高进行CFX数值仿真,并通过试验实测数据验证了模拟的正确性。(2)首次就两种模拟方法进行了定性和定量的对比分析,发现在稳定排放阶段两者的差别较小,但在开启阶段两者的性能参数相对偏差较大;(3)首次采用定性和定量的分析方法重点对安全阀超音速临界流动进行了详细的分析,发现安全阀临界流动随着稳定开高的增加呈现一定的规律性变化,而这种变化基本上不受工况和安全阀规格的影响。在此基础上对喉部和帘面的排量进行了定量的计算和分析,并结合实际排量得到了不同开高下的排量计算方法;(4)研究了排量与开启高度的关系。得到了不同工况和不同规格的安全阀排量与不同稳定开高的拟合关系式,以及某一规格不同工况的安全阀在不同稳定开高下排量与开启阶段高度的拟合关系式,实现了通过开启高度来评估排量的方法;(5)首次通过限位装置进行同一工况不同开高下的安全阀全开启排放试验,采用位移、阀芯、升力和压力传感器等检测元件对安全阀开启排放过程的位移、压力、升力等参数进行了测试,与相应的模拟结果进行对比,发现试验值与模拟结果非常吻合,验证了模拟的准确性。试验测得不同稳定开高的排量验证了拟合公式计算的排量具有很高的精度,初步实现了对安全阀排放性能的快速评估,具有实际的应用价值。
【关键词】：安全阀 数值模拟 临界流动 排量评估 试验研究
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 安全阀概述12-13
• 1.2.1 安全阀结构及工作原理12-13
• 1.2.2 安全阀性能要求13
• 1.3 国内外研究文献概述13-20
• 1.3.1 安全阀试验研究14-17
• 1.3.2 安全阀流场模拟17-20
• 1.4 本文的研究内容及研究方法20
• 本章小结20-21
• 第二章 安全阀稳态与瞬态开启过程数值分析21-28
• 2.1 CFD原理21
• 2.2 Pro/E建模及ANSYS ICEM CFD网格划分21-23
• 2.3 CFX-Pre定义23-25
• 2.3.1 边界条件的确定23-24
• 2.3.2 初始值设定24
• 2.3.3 CEL语言24-25
• 2.4 求解器控制25-26
• 2.5 模拟可靠行分析26-27
• 本章小结27-28
• 第三章 稳态与瞬态模拟结果对比分析28-38
• 3.1 模拟结果的定性云图对比分析28-30
• 3.1.1 密度场28-29
• 3.1.2 速度场29-30
• 3.1.3 压力场30
• 3.2 模拟结果的路径对比分析30-35
• 3.2.1 帘面不同路径上流场参数对比分析31-33
• 3.2.2 传统喉部不同路径上流场参数对比分析33-35
• 3.3 模拟结果的定量对比分析35-37
• 本章小结37-38
• 第四章 临界流动及排量计算方法研究38-56
• 4.1 不同规格安全阀超音速流动分析38-43
• 4.1.1 某稳定开高下超音速变化规律初探39-40
• 4.1.2 不同工况安全阀不同稳定开高的超音速变化规律分析40-41
• 4.1.3 不同规格安全阀不同稳定开高超音速变化规律分析41-43
• 4.2 稳排阶段其他流场参数分析43-44
• 4.3 传统喉部流动状态分析44-49
• 4.3.1 喉部流动变化情况分析44-46
• 4.3.2 喉部不同位置排量变化情况分析46-49
• 4.4 安全阀帘面出口处流动状态分析49-52
• 4.4.1 帘面出口处有效排放面积计算50-51
• 4.4.2 帘面出口处排量变化分析51-52
• 4.5 排量计算方法评估52-55
• 本章小结55-56
• 第五章 安全阀排量评估技术研究56-65
• 5.1 不同稳定开高下排量评估方法研究56-61
• 5.1.1 整定压力对不同稳定开高下排量的影响分析56-58
• 5.1.2 超压对不同稳定开高下排量的影响分析58-59
• 5.1.3 安全阀规格对不同稳定开高下排量的影响分析59-61
• 5.2 某一稳定开高下排量评估方法研究61-64
• 本章小结64-65
• 第六章安全阀超压全开启试验65-79
• 6.1 引言65-67
• 6.1.1 试验目的65
• 6.1.2 试验内容65-66
• 6.1.3 试验装置介绍66-67
• 6.2 液压标定试验67-71
• 6.2.1 上下阀芯传感器和升力传感标定67-68
• 6.2.2 位移传感器的标定试验及评估68-70
• 6.2.3 压力传感器标定70-71
• 6.3 气体全开启试验71-72
• 6.3.1 试验平台搭建71-72
• 6.3.2 试验步骤72
• 6.4 数据处理分析72-74
• 6.4.1 位移传感器数据72-73
• 6.4.2 阀芯传感器数据73
• 6.4.3 检测法兰数据73
• 6.4.4 升力传感器数据73-74
• 6.5 实验对比验证74-78
• 6.5.1 稳态模拟与固定开高试验的对比74
• 6.5.2 瞬态模拟与动态开启试验的对比74-78
• 本章小结78-79
• 结论与展望79-81
• 结论79-80
• 展望80-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果85-86
• 致谢86-87
• 附件87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

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1 张清懿;安全阀流量检测新方法研究[D];华南理工大学;2011年

2 丘垂育;柔性阀瓣性能的理论与实验研究[D];华南理工大学;2010年

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5 幸莎;安全阀开启流场参数的模拟与试验研究[D];华南理工大学;2013年

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本文编号：680081