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核电安全阀内临界流和气穴流的三维定常数值模拟

作　者: 张玉们
导　师: 于新海
学　校: 华东理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 安全阀临界流气穴流计算流体力学
分类号: TH134
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

安全阀是承压系统中重要的安全附件之一。本文使用计算流体力学软件CFx研究核电安全阀内的过热蒸汽临界流和过冷水气穴流,所得到的结论对核电安全阀结构设计和优化具有借鉴意义。本文的主要工作如下：(1)在蒸汽安全阀出口处接一圆柱形容器获得计算用几何模型,模拟了不同开高、入口压力和下调节圈位置时过热蒸汽的临界流场,以及以理想水蒸气作流体介质时的临界流场。通过分析发现：安全阀内出现临界流时,音速面出现在上下调节圈组成的环形区域内,而不是在喉径横截面上；该音速面的范围随着入口压力、下调节圈高度的增大而增大；临界流抑制了阀门的泄放能力,排量系数随着开高增大出现震荡,随着音速面范围的增大而减小：过热蒸汽物性对速度场模拟结果影响不大,对温度场模拟结果有严重影响。(2)使用蒸汽安全阀作为气穴流模拟的几何模型,研究了恒定物性的过冷水的流场分布情况。通过模拟和分析不同结构、出口压力和入口流速的气穴流场发现：气穴主要发生上下调节圈组成的环形区域内；当气穴发生在阀瓣和反冲盘受力面与密封面组成的环形区域内时,气穴流严重消弱安全阀动作性能；气穴数量随着出口压力和开高的增大而减小,随着入口流速的增大而增大。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-9
第1章绪论  9-17
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 安全阀简介  10-11
    1.2.1 典型结构和作用  10-11
    1.2.2 安全阀存在问题  11
  1.3 安全阀研究进展  11-15
    1.3.1 安全阀内临界流研究概述  11-12
    1.3.2 安全阀内气穴流研究概述  12-13
    1.3.3 国内外相关理论研究进展  13-15
  1.4 研究对象、方法和创新点  15-17
    1.4.1 课题来源和内容  15
    1.4.2 研究方法  15-16
    1.4.3 课题创新点  16-17
第2章安全阀内流场模拟基础概述  17-26
  2.1 计算流体力学基础  17-18
    2.1.1 概述  17
    2.1.2 计算流体力学特点及应用  17-18
    2.1.3 计算流体力学的工作步骤  18
  2.2 流体的守恒控制方程  18-20
  2.3 区域与控制方程的离散  20-21
    2.3.1 区域的离散  20-21
    2.3.2 控制方程的离散  21
  2.4 湍流模型  21-24
    2.4.1 湍流特性  21-22
    2.4.2 湍流模型  22-24
  2.5 水蒸汽的物理性质  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第3章高温高压蒸汽安全阀内临界流的研究  26-41
  3.1 几何模型  26-27
  3.2 网格划分及边界条件  27-29
    3.2.1 网格划分  27-28
    3.2.2 数学模型与边界条件  28-29
  3.3 结果与讨论  29-40
    3.3.1 外接容器尺寸的选取  29-30
    3.3.2 典型模拟结果分析  30-33
    3.3.3 马赫数分布  33-35
    3.3.4 排量特性研究  35-38
    3.3.5 水蒸气物性的影响  38-39
    3.3.6 出口温度的影响  39-40
  3.4 小结  40-41
第4章安全阀内气穴流的研究  41-54
  4.1 几何模型和网格划分  41
  4.2 数学模型和边界条件  41-43
    4.2.1 控制方程  41-42
    4.2.2 边界条件  42-43
  4.3 结果与讨论  43-53
    4.3.1 典型模拟结果分析  43-45
    4.3.2 不同开高下的气穴流  45-49
    4.3.3 出口压力和排量的影响  49-51
    4.3.4 硬质合金凸台宽度的影响  51-52
    4.3.5 反冲角的影响  52-53
  4.4 小结  53-54
第5章总结  54-56
  5.1 结论  54
  5.2 展望  54-56
参考文献  56-59
致谢  59

核电安全阀内临界流和气穴流的三维定常数值模拟

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