本文關(guān)鍵詞：安全閥泄放過程CFD數(shù)值模擬與排量計算分析

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【摘要】：安全閥作為各類承壓設(shè)備重要的安全附件,良好的動態(tài)特性和準確的選型是其發(fā)揮保護作用的前提,而排量計算的精確性對安全閥的選型至關(guān)重要。現(xiàn)今國內(nèi)外相關(guān)法規(guī)和標準均對安全閥單相流的排量計算進行了明確規(guī)定,但由于排量系數(shù)選取的不同導致計算結(jié)果存在較大差異,而法規(guī)和標準中規(guī)定的可壓縮氣體在亞臨界排放下的排量公式不能準確計算帶排放管道的安全閥排量值。另外,國內(nèi)相關(guān)法規(guī)和標準均未提供氣液兩相流和閃蒸液體的排量計算方法和公式,而國外相關(guān)法規(guī)和標準中提供的安全閥兩相流排量計算方法的精確性也有待驗證。針對以上問題,本文采用CFD數(shù)值模擬結(jié)合理論計算的方法開展相關(guān)內(nèi)容的研究,具體工作及結(jié)論如下:1.利用FLUENT軟件對安全閥以理想氣體為介質(zhì)在亞臨界和臨界排放下的泄放過程進行了數(shù)值模擬研究。瞬態(tài)流場分析表明,介質(zhì)流經(jīng)密封面及反沖盤與閥座之間的流道區(qū)域時均會出現(xiàn)節(jié)流效應(yīng),并形成一股尾部隨著開高增大逐漸上翹的強力射流,而在閥腔左側(cè)流域的射流兩側(cè)均出現(xiàn)了二次流漩渦;由于受安全閥開高的影響,臨界排放下的臨界截面可能不在喉部,而是位于密封面及反沖盤與閥座之間的流道區(qū)域。2.對比理想氣體的瞬態(tài)模擬排量值和一些國內(nèi)外標準計算的排量值發(fā)現(xiàn),排量系數(shù)的選取對排量計算結(jié)果的影響很大,閥的結(jié)構(gòu)尺寸、排放工況等均會影響排量系數(shù)的大小,JB標準安全閥銘牌上標定的額定排量系數(shù)不一定適用于實際的排放工況;由于排量系數(shù)選取的不同,API STD 520-2008計算的排量值均比國標計算的排量值大很多。3.結(jié)合輸氣管道等溫流動壓降計算公式和GB 150-2011排量計算公式,提出了基于背壓修正的安全閥排量精確計算方法,并利用FLUENT數(shù)值模擬驗證了計算結(jié)果的精確性。結(jié)果表明,兩者計算結(jié)果的相對誤差百分比均在±0.5%以內(nèi),基于背壓修正的安全閥排量精確計算方法能較準確地計算帶排放管道的安全閥背壓和排量值。4.對安全閥空氣-水兩相流泄放過程進行了數(shù)值模擬研究,瞬態(tài)流場分析表明,混合物流經(jīng)密封面及反沖盤與閥座之間的流道區(qū)域時,靜壓突降,流速和空氣的體積分率急劇增大。API STD 520-2008提供的ω兩點參數(shù)法計算的排量值比瞬態(tài)模擬排量值大很多。同時研究了空氣-水以不同體積比泄放時ω兩點參數(shù)法排量計算的精確性,結(jié)果表明,空氣-水的組成越接近單相狀態(tài),ω兩點參數(shù)法計算的結(jié)果越準確。
【關(guān)鍵詞】：安全閥 排量 數(shù)值模擬 選型 兩相流
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH134
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-21
• 1.2.1 試驗研究13-16
• 1.2.2 CFD數(shù)值模擬研究16-19
• 1.2.3 安全閥兩相流排量計算方法研究19-21
• 1.3 本文的研究目的和內(nèi)容21-23
• 第2章 安全閥泄放過程仿真模型的建立23-33
• 2.1 ANSYS FLUENT介紹23
• 2.2 守恒型動網(wǎng)格流場計算方程23-24
• 2.3 模型的建立與網(wǎng)格的劃分24-28
• 2.3.1 模型的建立24-26
• 2.3.2 網(wǎng)格的劃分26-28
• 2.4 FLUENT求解設(shè)置28-32
• 2.4.1 UDF定義閥瓣和反沖盤的運動28-29
• 2.4.2 動網(wǎng)格模型的確定29
• 2.4.3 湍流模型的選擇29-30
• 2.4.4 邊界條件和初始條件的確定30-31
• 2.4.5 求解控制31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第3章 安全閥單相流泄放與排量計算分析33-55
• 3.1 亞臨界排放流場分析33-39
• 3.1.1 壓力場變化33-34
• 3.1.2 速度場變化34-36
• 3.1.3 速度場矢量變化36-37
• 3.1.4 溫度場變化37-38
• 3.1.5 開啟過程動力學參數(shù)分析38-39
• 3.2 臨界排放流場分析39-46
• 3.2.1 壓力場變化39-40
• 3.2.2 速度場變化40-42
• 3.2.3 速度場矢量變化42-43
• 3.2.4 超音速流域變化43-44
• 3.2.5 溫度場變化44-45
• 3.2.6 開啟過程動力學參數(shù)分析45-46
• 3.3 安全閥單相流泄放排量計算分析46-53
• 3.4 本章小結(jié)53-55
• 第4章 基于背壓修正的安全閥排量精確計算方法55-67
• 4.1 基于背壓修正的安全閥排量精確計算方法55-59
• 4.1.1 亞臨界排放下GB 150-2011排量計算公式55-56
• 4.1.2 輸氣管道等溫流動壓降計算公式56-57
• 4.1.3 基于背壓修正的安全閥排量精確計算流程57-59
• 4.2 安全閥排量系數(shù)計算公式59-61
• 4.3 帶排放管道的安全閥穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬61-64
• 4.4 帶排放管道的安全閥背壓和排量計算分析64-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第5章 安全閥兩相流泄放與排量計算分析67-89
• 5.1 多相流模型的選擇67-69
• 5.2 混合模型方程69-71
• 5.2.1 連續(xù)性方程69
• 5.2.2 動量方程69-70
• 5.2.3 能量方程70
• 5.2.4 相對(滑移)速度和漂移速度70-71
• 5.3 兩相流泄放流場分析71-79
• 5.3.1 壓力場變化71-72
• 5.3.2 速度場變化72-74
• 5.3.3 速度場矢量變化74-75
• 5.3.4 對稱面空氣體積分率變化75-76
• 5.3.5 喉部面空氣體積分率變化76-77
• 5.3.6 開啟過程動力學參數(shù)分析77-79
• 5.4 ω 兩點參數(shù)法排量計算方法79-82
• 5.5 安全閥兩相流泄放排量計算分析82-88
• 5.5.1 FLUENT后處理排量分析82
• 5.5.2 ω 兩點參數(shù)法排量計算82-84
• 5.5.3 均相直接積分法排量計算84-85
• 5.5.4 兩相流排量計算分析85-88
• 5.6 本章小結(jié)88-89
• 第6章 結(jié)論與展望89-91
• 6.1 結(jié)論89-90
• 6.2 展望90-91
• 附錄91-93
• 參考文獻93-97
• 致謝97-98
• 攻讀學位期間參加的科研項目和成果98

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本文編號：907845