安全阀升力与反冲效应机理的模拟与试验研究

发布时间：2017-09-25 21:32

  本文关键词：安全阀升力与反冲效应机理的模拟与试验研究

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【摘要】：全启式弹簧安全阀是一种自动阀门,它不借助任何外力而利用介质本身在泄放过程产生的升力来排出额定数量的流体,以防止瞬时操作压力超过设定数值。升力定义为安全阀开启过程中开启部件产生的开启力,分别由阀芯升力和反冲盘升力构成,其中阀芯升力是阀芯承压面受到的的流体力,而反冲盘升力则是由于反冲盘面受到的流体作用力,简称为反冲力,阀芯升力和反冲盘升力都是升力的关键组成部分,是安全阀实现所保护的生产装置本质安全的关键保障,研究升力效应和反冲效应及其在开启过程中的产生和变化,实质就是对装置本质安全技术进行的研究。本文通过数值模拟对安全阀开启过程进行研究,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)对安全阀的数值模拟计算做进一步完善,包括壁面边界条件的设置、限位函数、模型尺寸的完善、网格划分等,并通过试验证明了模拟结果的正确性,利用数值模拟技术及空气动力学知识更加深入地定量研究了安全阀内部流动机理的成因、变化;2)利用阀芯传感器专利技术进行在线试验检测,获得上下阀瓣压力、升力等数据,进而实现反冲力较为准确的定量计算,达到试验评估反冲力大小的目的。并利用路径分析法和区域分解法对安全阀超压泄放过程稳态流场参数进行了研究,研究了速度、压力参数在开启件内外流场选定路径上的分布,以及开启部件的力平衡情况;3)通过对比有无反冲盘的结果数据,研究了反冲盘的存在对于安全阀性能的影响,对反冲盘的结构形状进行了优化设计,以便获得较好的开启性能,并研究了反冲盘直径变化对于升力、反冲力的影响;4)研究了密封面宽度对于安全阀性能的影响,寻找了尺寸变化与升力、反冲力之间的关系;5)通过安全阀的在线瞬态开启试验,获得了位移、升力、上下阀芯压力数据,研究了传感器的性质,以及稳态开启高度与升力之间的关系,提出了间接测量开高和升力的方法,从而实现了利用稳态开高来评估升力大小。
【关键词】：安全阀 升力 反冲力 内部流场 试验检测
【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
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 引言12-14
• 1.2 安全阀简介14-16
• 1.2.1 结构介绍14
• 1.2.2 压力参数介绍14-16
• 1.2.3 工作原理16
• 1.3 国内外研究现状16-25
• 1.3.1 安全阀性能研究现状16-18
• 1.3.2 试验研究现状18-20
• 1.3.3 安全阀数值模拟研究现状20-24
• 1.3.4 现有研究存在的不足24-25
• 1.4 本文的工作25-26
• 1.4.1 研究的意义和思路25
• 1.4.2 研究方法及技术路线25-26
• 本章小结26-27
• 第二章 安全阀瞬态开启数值模拟技术27-39
• 2.1 ANSYS-CFX的简介与使用27
• 2.2 Pro/e建模27-28
• 2.3 ICEM CFD网格划分28-31
• 2.3.1 定义模型各面名称28-29
• 2.3.2 结构网格3种画法29-30
• 2.3.3 网格质量检查30-31
• 2.3.4 三种方法的比较与选用31
• 2.4 瞬态前处理设置31-38
• 2.4.1 各模型选择32
• 2.4.2 边界条件设置32-35
• 2.4.3 CEL语言编译35-37
• 2.4.4 求解器设置37-38
• 2.5 求解38
• 本章小结38-39
• 第三章 安全阀反冲力检测与开启件受力分析39-54
• 3.1 反冲力试验测试新技术39-41
• 3.2 路径分析法受力分析41-47
• 3.2.1 静压分析42-43
• 3.2.2 总压分析43-44
• 3.2.3 动压分析44-45
• 3.2.4 速度分析45-47
• 3.3 开启件受力平衡分析47-53
• 3.3.1 开启件Y方向受力分析47-51
• 3.3.2 开启件X方向受力分析51-53
• 本章小结53-54
• 第四章 反冲盘对升力与反冲力的影响研究54-63
• 4.1 反冲盘辅助开启性能研究54-55
• 4.2 反冲盘优化设计55-58
• 4.2.1 流场参数云图分析56-57
• 4.2.2 区域分解受力分析57-58
• 4.3 反冲盘直径对其性能影响分析58-62
• 4.3.1 流场参数云图分析58-60
• 4.3.2 区域分解受力分析60-62
• 本章小结62-63
• 第五章 密封面对升力与反冲力的影响研究63-73
• 5.1 反冲力分析63-64
• 5.2 升力分析64-65
• 5.3 密封面宽度对安全阀性能影响原因分析65-71
• 5.3.1 全压云图分析65-67
• 5.3.2 反冲盘前区全压定量分析67-68
• 5.3.3 间隙区和反冲盘背压区定量分析68-69
• 5.3.4 阀芯前区定量分析69-71
• 5.4 分析验证71-72
• 本章小结72-73
• 第六章 安全阀内部流场形成规律分析73-89
• 6.1 喷管理论73-77
• 6.1.1 安全阀整体流道模型73-74
• 6.1.2 安全阀局部流道分析74-75
• 6.1.3 收缩型喷管75-76
• 6.1.4 缩放型喷管76-77
• 6.2 管道截面积变化对内部流体的影响77-78
• 6.3 整体流道流场分析78-80
• 6.3.1 云图分析78
• 6.3.2 流线图分析78-80
• 6.4 局部流道流场分析80-88
• 6.4.1 入口段流场分析80-84
• 6.4.2 帘面流场分析84-88
• 本章小结88-89
• 第七章 安全阀全启排放升力与反冲力试验研究89-101
• 7.1 试验目的89
• 7.2 试验设备介绍89-92
• 7.2.1 实验室简易校验装置90
• 7.2.2 阀芯及升力传感器介绍90-91
• 7.2.3 压力变送器介绍91
• 7.2.4 试验平台布置91-92
• 7.3 试验内容与步骤92-93
• 7.4 安全阀性能评估与在线检测试验数据分析93-100
• 7.4.1 传感器采集数据曲线分析93-96
• 7.4.2 试验开高评估升力与反冲力检测96-99
• 7.4.3 试验数据对比与传感器特性分析99-100
• 本章小结100-101
• 结论与展望101-104
• 结论101-102
• 展望102-104
• 参考文献104-109
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果109-110
• 致谢110-111
• 附件111

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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4 刘殿坤;李晓峰;陈殿京;;安全阀开启高度对其排放能力影响的数值模拟[J];阀门;2012年02期

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6 郭崇志;幸莎;;安全阀开启过程的瞬态模拟与试验验证[J];高校化学工程学报;2014年02期

7 董林峰,邢渊,李从心;安全阀在线调试中阀座有效面积的反算法[J];化工机械;2000年01期

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中国硕士学位论文全文数据库 前6条

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4 梁寒雨;安全阀开启过程阀口流场的CFD数值模拟与试验研究[D];华南理工大学;2010年

5 戴芳芳;安全阀反冲效应的数值模拟与实验研究[D];华南理工大学;2012年

6 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：919734