基于流固耦合的安全閥動態(tài)不穩(wěn)定性研究.pdf

1、安全閥作為壓力系統(tǒng)超壓保護的最后一道安全屏障，其壽命和可靠性常常受到顫振和頻跳等動態(tài)不穩(wěn)定性的威脅。國內外針對這種動態(tài)不穩(wěn)定的研究長期受困于實驗、數學建模和仿真三類研究方法各自的桎梏，對其成因的解釋缺乏說服力，解決方法普適性不足。
　　對此，本文針對安全閥系統(tǒng)時間多尺度和空間多尺度的建模難點，提出對壓力容器進行數學建模、對管道和安全閥進行二維CFD建模，通過基于流固耦合(FSI)的數學模型構建的用戶自定義函數(UDF)相耦合的解決

2、思路，建立了完整的安全閥系統(tǒng)模型。同時為了解決CFD模擬中二維模型失真和瞬態(tài)模擬動網格易損壞的難題，使用了等效出口面積法和Fluent Dynamic Layering技術。
　　基于完整的安全閥系統(tǒng)模型，本文對系統(tǒng)三大組成部分，即壓力容器、連接管道、安全閥本體，可能影響安全閥動態(tài)不穩(wěn)定性的參數進行探索，具體包括:容器升壓速率和容積、連接管道長度、安全閥調節(jié)圈高度、閥桿摩擦力。其中，通過采用超短時間步捕捉到的管道壓力波傳播結果解釋

3、了安全閥顫振和頻跳的主要原因，評估了兩種不穩(wěn)定性決定理論的準確性。研究發(fā)現:
　　1)壓力容器在其容器容積較大或升壓速率較小時，既不影響安全閥動態(tài)特性，也不影響其特征壓力。當容積過小或升壓速率過高時，系統(tǒng)來不及吸收振動能量便受到新擾動的激勵，會小幅增加安全閥的動態(tài)不穩(wěn)定性;
　　2)調節(jié)圈高度會決定安全閥簾面積的位置，通過拉瓦爾噴管效應可合理解釋簾面積附近的流場壓力分布，進而判斷閥盤升力大小?？偟挠绊戁厔菔牵踩y調節(jié)圈越高

4、，閥盤升力越大，這會導致安全閥啟閉壓差變大，但能略微減小安全閥的動態(tài)不穩(wěn)定性;
　　3)閥桿摩擦力在降低安全閥動態(tài)不穩(wěn)定性上效果顯著，但降低其靈敏性。并且由于其自身具有不確定性，會增加安全閥性能的不確定性。因此將閥桿摩擦力控制在合適范圍可獲得較好的安全閥性能;
　　4)管路壓損在閥盤開度較大時會降低噴嘴處的介質總壓，增大頻跳和顫振的傾向，但頻跳的閾值比3％整定壓力大得多，因此現有的壓力損失理論并不準確;
　　5)壓力波