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)行工況而無法開展。因此，開展煤液化減壓閥的空蝕機(jī)理和空化流動的數(shù)值預(yù)測方法研究，對于減壓閥的空化流場預(yù)測及相關(guān)優(yōu)化具有重要意義。 本文基于壁面附近單個(gè)空泡潰滅的動力學(xué)研究，得到了空泡潰滅的過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的數(shù)值預(yù)測方法，分析了減壓閥內(nèi)部的空化流動，并提出了運(yùn)行優(yōu)化措施。本論文的主要研究內(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程及流場中壓力、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)算得到了不同開度下減壓閥內(nèi)的三維空化流場。隨著開度的增加，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)部的空化流動情況，提出采用兩個(gè)減壓閥串聯(lián)安裝進(jìn)行分級減壓，且第一級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的數(shù)值預(yù)測方法，結(jié)合減壓閥的實(shí)際參數(shù)，完成了減壓閥內(nèi)部的空化流場分析，并對閥頭的空蝕進(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，開展煤液化高壓差減壓閥的空化流動和空蝕機(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始直至空穴潰滅的發(fā)生在過流固體邊界時(shí)，往往發(fā)生材料的空蝕破壞[27]�？栈涂瘴g是現(xiàn)象，對流體機(jī)械的性能、使用壽命等影響很大[28]，國內(nèi)外學(xué)者對其�？栈鲃又械目瘴g研究物質(zhì)隨著溫度、壓力的變化都會相應(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]通過對空泡潰滅發(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：2887013