安全阀排量及泄放机理仿真与实验研究_朱寿林.pdf

Study on Discharge Capacity and Opening Mechanism of Safety Valve by Experiment and Numerical Simulation A Dissertation Submitted for the Degree of Master Candidate:Zhu Shoulin Supervisor:Prof.Guo Chongzhi South China University of Technology Guangzhou,China 分类号：TP212.9 学校代号：10561 学 号：200920102536 华南理工大学硕士学位论文 安全阀排量及泄放机理仿真与实验研究 作者姓名：朱寿林 指导教师姓名、职称：郭崇志副教授 申请学位级别：工学硕士 学科专业名称：安全技术及工程 研究方向：过程装备的安全控制与模拟技术 论文提交日期：2012 年 5 月 5 日 论文答辩日期：2012 年 6 月 3 日 学位授予单位：华南理工大学 学位授予日期：年 月 日 答辩委员会成员：主席：蒋利军 委员：郭崇志 江楠 黄思 方江敏 马小明 I 摘 要 安全阀的安全泄放能力，即排量，是衡量安全阀性能的一个最重要指标。本文在“具有在线功能的安全阀及其检测系统”专利技术的指导下，对安全阀动态开启过程的排量检测问题及其相关流动机理进行了研究。主要研究内容包括：1、根据喷管流动特性和理想气体等熵流动的基本流体控制方程，推导了安全阀开启排放量的计算公式，系统总结了影响安全阀开启排放能力的各种因素。提出了安全阀超压开启流场参数之间存在的相互影响机理，尤其是气体动力学参数的变化规律。2、采用 CFD 软件对安全阀开启过程的三维模型进行动态数值仿真，通过仿真分析安全阀流场参数随时间变化规律，得到了阀口附近和出口流产生亚临界，临界和超临界流动的状态参数变化规律；用流线（streamline）分析法对时间和空间几何位置上安全阀开启过程流场参数的突变机理进行了分析研究，结果表明在临界和超临界状态下，流动过程的场参数的确存在参数超音速突变，其位置位于几何截面突变处，且其流动参数的突变不仅与截面形状有关，还与自身所处的流动状态有关。3、本文研究了非标准测试条件下安全阀排量与其模拟流量之间的关系，提出了四种安全阀排量的数值仿真计算方法与数值仿真排量系数（Kd,num）定义，分析了各种算法的优缺点。研究表明影响安全阀超压泄放能力及其泄放机理的因素包括开启高度、进出口压力比、出口直径、阀腔背压等。4、在实验研究方面，利用阀芯检测传感器和检测法兰传感器在现场试验中分别进行了排量和其他相关的参数测试。将二维、三维数值仿真排量计算值与试验测试结果比较，研究表明仿真与试验结果较为一致，从而说明利用专用传感器来检测和计量排量具有良好的可操作性。只要数值仿真计算排量的处理方法得当，就可以较准确地预测安全阀的排放能力。关键词：安全阀；排量；泄放机理；数值仿真；试验测试 II Abstract The discharge capacity of safety valve is one of most important reference parameter of its performance.This paper is under the guide of Patent“A safety valve with integrated real-time test system”to study the discharge capacity measurement method and related flow mechanism during dynamic opening process.The detailed study is summarized as follows:1.Depending on the fundamental fluid equation and the theory about nozzle flow characteristics,we make use of isentropic flow equation of ideal gas to induce the discharge capacity of safety valve when it is opening to relief the overpressure.In addition,system summarizations about different factors which affect the safety valve discharge capacity are given in the paper