煤液化減壓閥空蝕機(jī)理及數(shù)值預(yù)測(cè)方法研究.pdf

1、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(jí)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(dòng)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(wú)法開(kāi)展。因此，開(kāi)展煤液化減壓閥的空蝕機(jī)理和空化流動(dòng)的數(shù)值預(yù)測(cè)方法研究，對(duì)于減壓閥的空化

2、流場(chǎng)預(yù)測(cè)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(dòng)力學(xué)研究，得到了空泡潰滅的過(guò)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(dòng)的數(shù)值預(yù)測(cè)方法，分析了減壓閥內(nèi)部的空化流動(dòng)，并提出了運(yùn)行優(yōu)化措施。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　　（1）構(gòu)建了單個(gè)空泡變形、潰滅的

3、數(shù)值求解模型，得到了空泡的潰滅過(guò)程及流場(chǎng)中壓力、速度、溫度的變化情況。空泡在壁面潰滅時(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。
　?。?）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(kāi)度下減壓閥內(nèi)的三維空化流場(chǎng)。隨著開(kāi)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。
　?。?）基于控制減壓程度抑制空化的思想，數(shù)值預(yù)測(cè)了出口壓力增大和進(jìn)口壓力減小時(shí)減壓閥內(nèi)部的

4、空化流動(dòng)情況，提出采用兩個(gè)減壓閥串聯(lián)安裝進(jìn)行分級(jí)減壓，且第一級(jí)閥門的出口壓力控制在7.5~5 MPa左右的運(yùn)行優(yōu)化措施。
　　本文的創(chuàng)新性研究在于：
　?。?）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(guò)程以及壁面中心點(diǎn)的壓力、溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系；
　?。?）構(gòu)建了減壓閥三維空化流動(dòng)的數(shù)值預(yù)測(cè)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(chǎng)分析，并對(duì)閥頭的空蝕進(jìn)