煤液化熱高分調(diào)節(jié)閥空蝕-沖磨損數(shù)值研究.pdf

1、煤液化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)煤的清潔、高效利用和石油替代，是緩解我國(guó)能源危機(jī)的有效途徑，被列入國(guó)家能源中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略。熱高分調(diào)節(jié)閥是煤液化系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要用于高溫高壓分離器的液位調(diào)節(jié)，傳輸工況具有壓差大和固體顆粒含量高等特點(diǎn)。因此，其閥芯受到嚴(yán)重的空蝕和沖蝕磨損破壞，導(dǎo)致該閥壽命僅為數(shù)十天，嚴(yán)重阻礙了煤液化系統(tǒng)的長(zhǎng)周期運(yùn)行，已成為煤液化的重要技術(shù)瓶頸。閥芯材料和介質(zhì)流動(dòng)特性是影響閥壽命的關(guān)鍵因素，對(duì)閥芯材料已有較廣泛的研究，在介質(zhì)流動(dòng)特性方面的

2、研究，主要采用試錯(cuò)法來(lái)改進(jìn)閥的結(jié)構(gòu)，存在較大的盲目性。因此，采用數(shù)值計(jì)算方法獲得介質(zhì)流動(dòng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)熱高分調(diào)節(jié)閥的失效預(yù)測(cè)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重大意義。
　　 本文以世界首套百萬(wàn)噸級(jí)煤直接液化示范工程中熱高分調(diào)節(jié)閥為研究對(duì)象，根據(jù)實(shí)際工況（包括壓差、結(jié)構(gòu)尺寸、介質(zhì)和閥芯材料特性等）進(jìn)行，采用數(shù)值計(jì)算的方法獲得空化場(chǎng)、磨損率分布和其它重要流場(chǎng)信息，建立空蝕和空化作用下沖蝕磨損的破壞預(yù)測(cè)方法，從閥芯失效預(yù)測(cè)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩方面進(jìn)行研究。本論文的

3、主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 (1)首次提出了采用空化場(chǎng)、速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)相結(jié)合的方法來(lái)預(yù)測(cè)空蝕。本文通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)閥的空化流動(dòng)計(jì)算和分析得出，因節(jié)流作用導(dǎo)致閥芯頭部產(chǎn)生了空化區(qū)，空化區(qū)形成了大量的空泡并隨高速回流介質(zhì)（40～88m/s）沖向閥芯頂部，因頂部區(qū)域壓力高于介質(zhì)的飽和蒸氣壓，導(dǎo)致了空泡在頂部壁面附近潰滅而產(chǎn)生空蝕。
　　 (2)綜合空化流動(dòng)、顆粒軌道模型、沖蝕磨損模型和壁面條件等，計(jì)算獲得閥芯壁面的沖蝕磨損率表明

4、，閥芯圓弧段沖蝕磨損是由回流大角度沖擊引起，其磨損率極值可達(dá)8.8×10-3kg·m-2·s-1，且各開度下的極值均位于閥芯頂部;拋物線表面主要由小角度沖蝕引起，其最大磨損率比項(xiàng)部極值低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　 (3)對(duì)典型破壞結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和數(shù)值計(jì)算，獲得了閥芯表面的磨損率分布，并揭示了閥芯受到的空蝕和沖蝕磨損破壞隨結(jié)構(gòu)變化的規(guī)律，通過(guò)對(duì)破壞結(jié)構(gòu)的形貌分析，驗(yàn)證了本文提出的空蝕和空化影響下沖蝕磨損預(yù)測(cè)的正確性。
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