【摘要】：隨著全球低溫工程制品生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大,低溫閥門在低溫市場的需求量也在不斷增長。與此同時,市場對低溫閥門的技術(shù)性能及結(jié)構(gòu)要求也在不斷提高。低溫閥門在實際運行過程中受到環(huán)境溫度、空氣相對濕度、來流空氣速度以及閥內(nèi)介質(zhì)溫度等諸多因素影響,可能會使低溫冷表面有結(jié)露、結(jié)霜現(xiàn)象產(chǎn)生。當?shù)蜏亻y門閥蓋及滴水盤表面發(fā)生結(jié)露、結(jié)霜現(xiàn)象后,會降低低溫閥門的使用壽命,還可能會使閥門發(fā)生泄漏,導致事故發(fā)生。本文介紹了課題的研究背景及意義,闡述了低溫閥門冷表面發(fā)生霜露凝結(jié)現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀,概述了低溫閥門表面霜露形成的主要影響因素,論述了低溫閥門表面霜露形成的機理。針對低溫閥門在運行過程中長頸閥蓋及滴水盤表面發(fā)生霜露凝結(jié)現(xiàn)象的問題,以6"1500LB低溫球閥為研究對象,采用理論分析、數(shù)值計算及試驗驗證等方式,簡化低溫閥門長頸閥蓋及滴水盤物理模型,結(jié)合能量守恒定律和傅里葉定律,得到低溫閥門閥蓋及滴水盤不同位置的溫度隨時間變化規(guī)律。利用ANSYS Workbench和Fluent軟件,數(shù)值模擬分析低溫閥門溫度場和滴水盤二維模型表面的霜露形成過程,分析了不同時間內(nèi)霜層的形貌變化情況以及影響低溫閥門表面霜層生長的因素。測試了低溫球閥填料壓蓋上表面處的閥桿、滴水盤根部、閥蓋中法蘭根部及閥體內(nèi)腔溫度,驗證了長頸閥蓋和滴水盤非穩(wěn)態(tài)溫度場理論分析與數(shù)值模擬結(jié)果的正確性。通過對低溫閥門長頸閥蓋和滴水盤傳熱過程理論分析發(fā)現(xiàn)低溫閥門閥蓋及滴水盤不同位置的溫度隨時間變化規(guī)律呈單調(diào)遞減的指數(shù)函數(shù)分布。對滴水盤二維模型霜露形成過程進行數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度、空氣相對濕度、對低溫閥門表面霜層生長影響較大,來流空氣速度影響較小。
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH134
【圖文】：

閥內(nèi)介質(zhì)溫度等于或小于 120K 且能夠在 223K～323K 的環(huán)境溫度下門稱之為低溫閥門[71]。低溫閥門應用于絕大多數(shù)的低溫工程之中，為了工況的要求，低溫閥的設(shè)計本身也在不斷發(fā)展與自我完善。采用長頸閥滴水盤、優(yōu)良性能的填料密封材料及可以適應在常溫、低溫工況下頻繁有穩(wěn)定密封性的墊片等等，都在日益滿足其在低溫工況下的要求。低溫要的結(jié)構(gòu)特性和使用途徑分為以下四類[71]：（1）具有堆積式絕熱層的閥門具有堆積式絕熱層的閥門也被稱為整體式閥門。此類閥門的結(jié)構(gòu)特點于低溫區(qū)，采用長頸閥蓋結(jié)構(gòu)可使得填料及閥桿螺紋處遠離低溫區(qū)，多裝置及其他堆積絕熱裝置等。（2）真空絕熱冷凍閥真空絕熱冷凍閥主要用于液化氣輸送線中，冷凝溫度低于 120K。閥門要采用真空形式且和管道絕熱腔形成一致的封閉系統(tǒng)。采用對接式熱橋理將更為方便。如圖 2.1 所示，為兩種不同類型低溫閥門結(jié)構(gòu)。

圖 2.3 水滴相變過程溫度隨時間變化曲線析遇冷之后一旦發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，所形成的液滴條件要經(jīng)歷水滴成核過程，是指形成熱力學滴被定義為凝結(jié)核心，蒸發(fā)作用并不會使其這些核心上繼續(xù)凝結(jié)并使之長大。均相成核和異相成核兩種方式[74]。其中，均能夠聚集形成穩(wěn)定的第二相的過程；異相成，穩(wěn)定的組分會在兩相不相溶界面上產(chǎn)生的微小的懸浮顆粒，并且異相成核所需克服的所以在過飽和度不太高的情況下，水蒸氣會核凝結(jié)。但異相成核與均相成核并不是互相降低其發(fā)生的可能性。核過程分析

低溫閥門滴水盤表面霜露形成傳熱分析W/(m·K)；方向與溫度升高的方向相反。體熱流密度與其溫度場所形成的溫度梯果的歸納總結(jié)，再通過數(shù)學形式表達出為單位時間通過物體某一截面的熱量，化率成正比。示導熱物體溫度場的數(shù)學表達式，可由結(jié)合相應的包含時間與邊界的定解條件熱問題以一個微元平行六面體為例進行 x、y、z 坐標軸方向的分熱流量[75]，如

【參考文獻】

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