煤液化減壓閥是煤直接液化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，用于高壓分離器的液位調(diào)節(jié)和反應(yīng)產(chǎn)物的節(jié)流降壓。該減壓閥的運(yùn)行工況具有溫度高、壓差大、含固量高的特點(diǎn)，存在嚴(yán)重的空化、空蝕和沖蝕磨損。減壓閥的材料升級(jí)和表面硬化處理可在一定程度上提高其耐磨損性能，但不足以抵抗嚴(yán)重的空蝕。了解減壓閥的內(nèi)部流動(dòng)是分析其失效并進(jìn)行優(yōu)化的重要途徑之一，但實(shí)驗(yàn)研究受限于苛刻的實(shí)際運(yùn)行工況而無(wú)法開(kāi)展。因此，開(kāi)展煤液化減壓閥的空蝕機(jī)理和空化流動(dòng)的數(shù)值預(yù)測(cè)方法研究，對(duì)于減壓閥的空化流場(chǎng)預(yù)測(cè)及相關(guān)優(yōu)化具有重要意義。 本文基于壁面附近單個(gè)空泡潰滅的動(dòng)力學(xué)研究，得到了空泡潰滅的過(guò)程及壁面所承受的壓力、溫度等與空蝕相關(guān)的參數(shù)；在空蝕機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)流體控制方程、湍流模型、空化模型等計(jì)算流體力學(xué)方法，結(jié)合煤液化減壓閥的實(shí)際結(jié)構(gòu)、運(yùn)行工況等參數(shù)，構(gòu)建了減壓閥三維空化流動(dòng)的數(shù)值預(yù)測(cè)方法，分析了減壓閥內(nèi)部的空化流動(dòng)，并提出了運(yùn)行優(yōu)化措施。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下： （1）構(gòu)建了單個(gè)空泡變形、潰滅的數(shù)值求解模型，得到了空泡的潰滅過(guò)程及流場(chǎng)中壓力、速度、溫度的變化情況�？张菰诒诿鏉鐣r(shí)，壁面承受的最大壓力和最高溫度隨初始半徑的增加而增大。 （2）采用本文建立的空化求解模型和煤液化減壓閥的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，計(jì)算得到了不同開(kāi)度下減壓閥內(nèi)的三維空化流場(chǎng)。隨著開(kāi)度的增加，閥芯頭部附近的回流區(qū)域和回流速度均減小，且閥芯表面的空化程度降低。 （3）基于控制減壓程度抑制空化的思想，數(shù)值預(yù)測(cè)了出口壓力增大和進(jìn)口壓力減小時(shí)減壓閥內(nèi)部的空化流動(dòng)情況，提出采用兩個(gè)減壓閥串聯(lián)安裝進(jìn)行分級(jí)減壓，且第一級(jí)閥門的出口壓力控制在7.5~5MPa左右的運(yùn)行優(yōu)化措施。 本文的創(chuàng)新性研究在于： （1）建立了考慮氣液兩相的粘性、可壓縮性、熱力學(xué)性質(zhì)等因素的空泡潰滅數(shù)值計(jì)算模型，得到了空泡潰滅的過(guò)程以及壁面中心點(diǎn)的壓力、溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系； （2）構(gòu)建了減壓閥三維空化流動(dòng)的數(shù)值預(yù)測(cè)方法，結(jié)合減壓閥的實(shí)際參數(shù)，完成了減壓閥內(nèi)部的空化流場(chǎng)分析，并對(duì)閥頭的空蝕進(jìn)行了原因分析； （3）基于控制減壓程度抑制空化的思想，提出采用兩個(gè)減壓閥串聯(lián)安裝進(jìn)行分級(jí)減壓，且第一個(gè)閥門的出口壓力控制在7.5~5MPa左右的運(yùn)行優(yōu)化措施。
【學(xué)位單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TQ529
【部分圖文】：

江理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 煤液化減壓閥空蝕機(jī)理及數(shù)值預(yù)測(cè)方法層材料經(jīng)空蝕損傷后，基體材料在空蝕和磨損的聯(lián)合作用下將快速流失。在實(shí)際的過(guò)程中，該減壓閥的失效，尤其是閥芯的失效，非常明顯（如圖 1.1 所示），是煤直化示范工程連續(xù)運(yùn)行的短板。因此，開(kāi)展煤液化高壓差減壓閥的空化流動(dòng)和空蝕機(jī)究具有十分重大的學(xué)術(shù)和工程價(jià)值。(b)

是液體中減壓的結(jié)果，該現(xiàn)象包括從空泡的形成開(kāi)始直至空穴潰滅的發(fā)生在過(guò)流固體邊界時(shí)，往往發(fā)生材料的空蝕破壞[27]�？栈涂瘴g是現(xiàn)象，對(duì)流體機(jī)械的性能、使用壽命等影響很大[28]，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其�？栈鲃�(dòng)中的空蝕研究物質(zhì)隨著溫度、壓力的變化都會(huì)相應(yīng)的呈現(xiàn)出固相、液相和氣相這三 1.2 所示[29]。當(dāng)液相和氣相進(jìn)行相態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)候，一般存在兩種方式加熱或者在恒溫下減壓。若由溫度升高引起，稱為“沸騰”，若溫度基降所引起，稱為“空化”。當(dāng)空化泡在壁面附近潰滅時(shí)，往往會(huì)形成材

圖 1.3 空泡潰滅微射流機(jī)理空泡潰滅的時(shí)間尺度非常小，以致氣體壓縮產(chǎn)生的熱量不足以被周圍的液體冷卻，如果高溫氣體與金屬表面接觸，會(huì)使其局部強(qiáng)度降低而更容易被損傷[70]。Suslick[71]認(rèn)為聲致空泡存在兩個(gè)區(qū)域：潰滅氣穴的氣相區(qū)域溫度為 5200 K 左右，緊鄰潰滅空穴的薄液層的溫度為 1900 K 左右。Flint[72]通過(guò)對(duì)空泡潰滅發(fā)光的光譜分析，認(rèn)為空泡潰滅的有效溫度高達(dá) 5075 K。陳皓生[73]在低碳鋼空蝕試樣表面的侵蝕坑周圍發(fā)現(xiàn)了彩虹環(huán)，認(rèn)為是空泡潰滅時(shí)的高溫氣體接觸金屬表面引起的高溫氧化，且彩虹環(huán)的形狀與空泡在潰滅后期的形狀相關(guān)。Laguna-Camacho[74]在振動(dòng)空蝕試樣表面也發(fā)現(xiàn)類似的彩色坑，認(rèn)為是空泡潰滅高溫的影響。1.2.3.2 空泡潰滅數(shù)值研究Rayleigh[75]于1917年建立了描述靜止不可壓縮無(wú)粘流體中球形空泡潰滅的微分方程
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2887013