安全阀泄放过程CFD数值模拟与排量计算分析

发布时间：2017-09-23 22:34

  本文关键词：安全阀泄放过程CFD数值模拟与排量计算分析

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【摘要】：安全阀作为各类承压设备重要的安全附件,良好的动态特性和准确的选型是其发挥保护作用的前提,而排量计算的精确性对安全阀的选型至关重要。现今国内外相关法规和标准均对安全阀单相流的排量计算进行了明确规定,但由于排量系数选取的不同导致计算结果存在较大差异,而法规和标准中规定的可压缩气体在亚临界排放下的排量公式不能准确计算带排放管道的安全阀排量值。另外,国内相关法规和标准均未提供气液两相流和闪蒸液体的排量计算方法和公式,而国外相关法规和标准中提供的安全阀两相流排量计算方法的精确性也有待验证。针对以上问题,本文采用CFD数值模拟结合理论计算的方法开展相关内容的研究,具体工作及结论如下:1.利用FLUENT软件对安全阀以理想气体为介质在亚临界和临界排放下的泄放过程进行了数值模拟研究。瞬态流场分析表明,介质流经密封面及反冲盘与阀座之间的流道区域时均会出现节流效应,并形成一股尾部随着开高增大逐渐上翘的强力射流,而在阀腔左侧流域的射流两侧均出现了二次流漩涡;由于受安全阀开高的影响,临界排放下的临界截面可能不在喉部,而是位于密封面及反冲盘与阀座之间的流道区域。2.对比理想气体的瞬态模拟排量值和一些国内外标准计算的排量值发现,排量系数的选取对排量计算结果的影响很大,阀的结构尺寸、排放工况等均会影响排量系数的大小,JB标准安全阀铭牌上标定的额定排量系数不一定适用于实际的排放工况;由于排量系数选取的不同,API STD 520-2008计算的排量值均比国标计算的排量值大很多。3.结合输气管道等温流动压降计算公式和GB 150-2011排量计算公式,提出了基于背压修正的安全阀排量精确计算方法,并利用FLUENT数值模拟验证了计算结果的精确性。结果表明,两者计算结果的相对误差百分比均在±0.5%以内,基于背压修正的安全阀排量精确计算方法能较准确地计算带排放管道的安全阀背压和排量值。4.对安全阀空气-水两相流泄放过程进行了数值模拟研究,瞬态流场分析表明,混合物流经密封面及反冲盘与阀座之间的流道区域时,静压突降,流速和空气的体积分率急剧增大。API STD 520-2008提供的ω两点参数法计算的排量值比瞬态模拟排量值大很多。同时研究了空气-水以不同体积比泄放时ω两点参数法排量计算的精确性,结果表明,空气-水的组成越接近单相状态,ω两点参数法计算的结果越准确。
【关键词】：安全阀 排量 数值模拟 选型 两相流
【学位授予单位】：浙江工业大学
【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1章 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 国内外研究现状12-21
• 1.2.1 试验研究13-16
• 1.2.2 CFD数值模拟研究16-19
• 1.2.3 安全阀两相流排量计算方法研究19-21
• 1.3 本文的研究目的和内容21-23
• 第2章 安全阀泄放过程仿真模型的建立23-33
• 2.1 ANSYS FLUENT介绍23
• 2.2 守恒型动网格流场计算方程23-24
• 2.3 模型的建立与网格的划分24-28
• 2.3.1 模型的建立24-26
• 2.3.2 网格的划分26-28
• 2.4 FLUENT求解设置28-32
• 2.4.1 UDF定义阀瓣和反冲盘的运动28-29
• 2.4.2 动网格模型的确定29
• 2.4.3 湍流模型的选择29-30
• 2.4.4 边界条件和初始条件的确定30-31
• 2.4.5 求解控制31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 安全阀单相流泄放与排量计算分析33-55
• 3.1 亚临界排放流场分析33-39
• 3.1.1 压力场变化33-34
• 3.1.2 速度场变化34-36
• 3.1.3 速度场矢量变化36-37
• 3.1.4 温度场变化37-38
• 3.1.5 开启过程动力学参数分析38-39
• 3.2 临界排放流场分析39-46
• 3.2.1 压力场变化39-40
• 3.2.2 速度场变化40-42
• 3.2.3 速度场矢量变化42-43
• 3.2.4 超音速流域变化43-44
• 3.2.5 温度场变化44-45
• 3.2.6 开启过程动力学参数分析45-46
• 3.3 安全阀单相流泄放排量计算分析46-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第4章 基于背压修正的安全阀排量精确计算方法55-67
• 4.1 基于背压修正的安全阀排量精确计算方法55-59
• 4.1.1 亚临界排放下GB 150-2011排量计算公式55-56
• 4.1.2 输气管道等温流动压降计算公式56-57
• 4.1.3 基于背压修正的安全阀排量精确计算流程57-59
• 4.2 安全阀排量系数计算公式59-61
• 4.3 带排放管道的安全阀稳态数值模拟61-64
• 4.4 带排放管道的安全阀背压和排量计算分析64-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第5章 安全阀两相流泄放与排量计算分析67-89
• 5.1 多相流模型的选择67-69
• 5.2 混合模型方程69-71
• 5.2.1 连续性方程69
• 5.2.2 动量方程69-70
• 5.2.3 能量方程70
• 5.2.4 相对(滑移)速度和漂移速度70-71
• 5.3 两相流泄放流场分析71-79
• 5.3.1 压力场变化71-72
• 5.3.2 速度场变化72-74
• 5.3.3 速度场矢量变化74-75
• 5.3.4 对称面空气体积分率变化75-76
• 5.3.5 喉部面空气体积分率变化76-77
• 5.3.6 开启过程动力学参数分析77-79
• 5.4 ω 两点参数法排量计算方法79-82
• 5.5 安全阀两相流泄放排量计算分析82-88
• 5.5.1 FLUENT后处理排量分析82
• 5.5.2 ω 两点参数法排量计算82-84
• 5.5.3 均相直接积分法排量计算84-85
• 5.5.4 两相流排量计算分析85-88
• 5.6 本章小结88-89
• 第6章 结论与展望89-91
• 6.1 结论89-90
• 6.2 展望90-91
• 附录91-93
• 参考文献93-97
• 致谢97-98
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果98

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本文编号：907845