安全阀超压泄放过程动力学参数分析与测试

发布时间：2019-07-31 19:45

【摘要】：对3D模型安全阀的超压泄放机理及气体动力学过程进行了模拟分析和试验验证。利用区域分组法和路径分析法,对开启部件在超压泄放过程中的稳态流场参数进行了详细整理,研究了速度、压力参数在内外流场选定路径上的分布以及开启部件的动态力平衡情况。对竖直(Y)方向各种力平衡问题的研究和比较,证明了升力测试值为总力,包括静态力和动态力两部分,其中,静态力占绝对优势;反冲(升)力中,动态力起很大作用,间隙力属于自平衡力系。动态力主要来源于密封面和反冲盘折边出口附近的高速气体流动。阀芯反冲(升)力也主要来源于静态力,动态力影响较小。水平(X)方向力平衡参数研究结果表明,对于反冲盘与阀芯分离结构,阀芯处于严格的动态平衡中,而反冲盘则可能存在水平方向的不平衡力,可能导致阀芯开启和回座过程偏载。无论阀芯与反冲盘是整体还是分离式设计,此偏载均可能导致开启回座偏差,甚至引发颤振、频跳或密封面损坏。利用试验装置和新研制的传感器,获取了试验开启过程中阀芯压力、升力、开启高度和反冲盘测点压力,进一步计算了反冲盘和阀芯反冲(升)力的数值。试验和模拟结果对比表明,数值模拟结果与传感器测试数据吻合,为进一步研究内外流场及其动作机理奠定了基础。
【图文】：

安全阀超压泄放过程动力学参数分析与测试

·630·化工进展2015年第34卷3路径分析法3.1参数分量分析（1）静压分析选取稳排阶段t=200ms时刻，提取图3所示路径上的静压数据（取绝对值），并将图1三维简化模型图2三维模型结构化网格图3区域划分示意图4不同时刻的静压云图静压沿X、Y方向分解，如图5、图6所示。可以看出路径压力分布的一般规律是，凡与壁面平行方向的压力分量均为零，垂直于壁面的分量不为零；倾斜的壁面两个压力分量都存在。此外，背压区和间隙区的压力比阀前区的压力数值上低很多，从而预示着元件承受的总力是由高压力（阀前）区域指向低压力（背压或间隙）区域。（2）动压分析图7为阀芯各路径上的动压分布，可以观察到，在间隙区（N1～N5上部）路径，动压为零。在阀前区（N5下部～N8），X方向动压先增大而后下降，在阀前区的阀芯底部中心位置附近，动压降低为零，这说明在阀芯底部的确存在基本静止的滞止区域。值得注意的是，在N5的下端点出现最大的X方向动压，意味着这里存在着最大

安全阀超压泄放过程动力学参数分析与测试

·630·化工进展2015年第34卷3路径分析法3.1参数分量分析（1）静压分析选取稳排阶段t=200ms时刻，提取图3所示路径上的静压数据（取绝对值），并将图1三维简化模型图2三维模型结构化网格图3区域划分示意图4不同时刻的静压云图静压沿X、Y方向分解，如图5、图6所示。可以看出路径压力分布的一般规律是，凡与壁面平行方向的压力分量均为零，垂直于壁面的分量不为零；倾斜的壁面两个压力分量都存在。此外，背压区和间隙区的压力比阀前区的压力数值上低很多，，从而预示着元件承受的总力是由高压力（阀前）区域指向低压力（背压或间隙）区域。（2）动压分析图7为阀芯各路径上的动压分布，可以观察到，在间隙区（N1～N5上部）路径，动压为零。在阀前区（N5下部～N8），X方向动压先增大而后下降，在阀前区的阀芯底部中心位置附近，动压降低为零，这说明在阀芯底部的确存在基本静止的滞止区域。值得注意的是，在N5的下端点出现最大的X方向动压，意味着这里存在着最大
【作者单位】：华南理工大学机械与汽车工程学院;
【分类号】：TQ086.2

【参考文献】