新型管道內(nèi)置LNG節(jié)流閥熱應(yīng)力及流場數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著液化天然氣需求量的不斷的增加,隨之對應(yīng)的LNG閥門控制裝備也在急劇上升。目前,對于LNG閥門的研究主要歸屬于低溫閥門的研究范圍內(nèi),主要從事低溫閥門材料和熱應(yīng)力研究,針對于LNG方面的低溫節(jié)流閥的研究很少。本文依據(jù)低溫閥門相關(guān)技術(shù)和節(jié)流閥設(shè)計手冊,提出一種新型的管道內(nèi)置形式的節(jié)流閥來應(yīng)對低溫閥門流體突然汽化造成壓力異常和流體的擾動、渦流對閥門造成破壞。同時,對新型低溫節(jié)流閥進行低溫熱應(yīng)力和流場的模擬驗證研究。
　　本文以ANSY

2、S Workbench為分析平臺,采用其中的熱分析模塊對管道內(nèi)置LNG節(jié)流閥進行溫度場的模擬計算,并利用力學模塊進行熱應(yīng)力的耦合模擬。從而獲得了節(jié)流閥在維持內(nèi)外壁面恒定溫度的保溫情況下和與自然環(huán)境進行自然對流的情況下的溫度場和熱應(yīng)力分布情況;在低溫節(jié)流閥不同壁厚處進行路徑定義,進而進行不同壁厚的溫度和熱應(yīng)力數(shù)據(jù)分布研究;并將熱應(yīng)力模擬結(jié)果與相似研究進行比較,驗證了數(shù)值模擬研究的可靠性和正確性。通過對模擬計算結(jié)果的分析,得出了在維持內(nèi)外壁

3、恒溫情況下,高溫區(qū)域在不同壁厚溫度分布區(qū)中占的比例較高;與環(huán)境進行自然對流時,溫度隨壁厚成線性關(guān)系;在維持內(nèi)外恒定溫度的保溫情況下產(chǎn)生了較大的熱應(yīng)力;自然對流的傳熱中產(chǎn)生的熱應(yīng)力較小;并從中提出了一套低溫閥門的保溫層設(shè)置方法。
　　采用ANSYS Workbench下的Fluent模擬軟件進行節(jié)流閥的流場數(shù)值模擬計算,驗證了設(shè)計節(jié)流閥滿足設(shè)計工況;得到了節(jié)流閥不同閥芯行程下的壓降、流量系數(shù)以及流阻系數(shù)曲線;并將得到的流量特性曲線與

4、相似研究進行比較,驗證了數(shù)值模擬研究的可靠性和正確性。同時,對節(jié)流閥的多孔化節(jié)流口進行流場的模擬研究,從中得出多孔化后,節(jié)流后流場的恢復平穩(wěn)所需的管道長度減少;節(jié)流產(chǎn)生的漩渦數(shù)量增多,但是漩渦大小明顯減小了。
　　本文提供了一種新的低溫閥門的設(shè)計思路,為低溫閥門的熱應(yīng)力破壞提供了一種解決方法;并將多孔板節(jié)流應(yīng)用到節(jié)流閥中,為節(jié)流閥的設(shè)計提供新的嘗試。這種新的嘗試能夠很好的滿足節(jié)流閥的設(shè)計要求,能夠應(yīng)對低溫閥門流體突然汽化造成壓力異