安全阀泄放过程的CFD数值模拟研究

发布时间：2020-03-30 02:24

【摘要】：安全阀作为保证系统安全的最重要的手段之一,被大量应用在各种热能动力领域的承压容器以及管道中,目前对安全阀的研究包括实验研究、数值模拟和辅助性的理论计算。由于安全阀所处环境的局限性,本文结合某核电站在检修期间对安全阀的泄压性能试验的结果,采用数值模拟的方法,通过设置不同的工艺系统参数,来评估主蒸汽管道内的压力和温度对安全阀主阀阀门开启时间的影响;根据计算结果,初步分析和论述安全阀开启超时的潜在原因,为该阀门的运行、调试、试验和维修活动提供指导。其次采用复杂的变拓扑的动网格数值模拟方法研究高温蒸汽安全阀瞬态泄压特性和影响泄压性能的因素,进而改进安全阀的结构,达到优化设计的目的。模拟的对象为SE280类型阀门,属于弹簧式安全阀,包括先导式电磁阀和主阀两部分。建立安全阀的三维模型,模拟先导式电磁阀泄压阶段(阀瓣处于静止时)的安全阀瞬态泄压特性,研究了安全阀内不同截面的流场特性(压力场、温度场、速度场以及马赫数)和安全阀进出口的流量特性;定量研究了安全阀内关键结构参数对主阀阀门开启时间的影响程度,得出电磁阀泄压孔(孔D)与导向筒联接处面积对主阀开启时间影响最大;安全阀内流场参数在局部区域变化剧烈,会出现超声速流动,产生激波现象。采用CFD模拟技术,自定义了复杂动网格变形技术模拟阀门泄压的动作过程。研究了蒸汽安全阀动态泄压特性和主阀阀瓣的动力学特性;并研究了在不同入口压力工况下的阀瓣的动力学特性:主阀的阀门开启时间随入口压力增加而变长;阀瓣的动作时间在几十毫秒就可以达到最大开启高度处;安全阀全开启流量特性与阀瓣的形状有很大的关系,根据文献得出的结果,本文安全阀几何模型中的阀瓣形状与文献中的结果较吻合,也验证了数值模拟结果的准确程度。采用控制变量法,利用变形的动网格技术研究了不同过热度、不同湍流模型和不同工质对安全阀瞬态泄压性能的影响,可实现的k-ε湍流模型和增加蒸汽的过热度可以使安全阀快速开启,以天然气为工质得到的安全阀阀门全开启时间与水蒸气相近,为后续安全阀实验提供了可能性;也研究了阀瓣在不同开度下的下部出口管道流场特性,在开启高度60 mm范围内时,出口流道内参数受阀瓣与密封面之间的帘面积影响较大;当开启高度大于60mm时,出口流场参数变化较前一阶段变化不明显,受外部大气环境的影响较大。
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年份逡逑图１－１邋２０１５年－２０１８年全国发电量统计分布逦图１－２核反应堆结构示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｐｏｗｅｒ逦Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｎｕｃｌｅａｒ逡逑Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｉｎ邋Ｃｈｉｎａ邋（２０１５－２０１８）逦ｒｅａｃｔｏｒ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑同时，核电的安全情况也引起了世界各国的质疑，核电站的安全同样不容小逡逑觑。安全生产一直是发电站的首要目标，但是，１９７９年３月，，美国三里岛核电站逡逑由于安全阀卡住使得厂内出现泄漏事故；在２０１１年的３月，日本的福岛核电站由逡逑于突发的地震导致核燃料泄漏，方圆几公里内均受到核辐射威胁，引起生物变异，逡逑后果不堪设想。严格的安全管理和设备正常运行才能保证核电站的安全，核电站逡逑事故的原因多数均是安全阀问题，阀门的使用量大，尤其是安全阀，担负着核电逡逑站的调节和系统的控制，保证核电厂的安全。由于核电站内的工质为高温高压状逡逑态

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本文编号：2606886