高温高压过热蒸汽减压阀压比和节流特性的数值模拟研究

摘要

随着国家重大能源工程的建设与发展，减温减压装置被广泛应用于热电联产工程，用来实现对高温高压过热蒸汽的压力及温度调节。减压阀作为减温减压装置的核心部件，传统的阀门结构与技术已无法满足目前国家重大工程高温、高压差、大流量等一系列复杂工况要求。因此，需要对现有的减压阀进行创新与改造。本文提出了一种针对高温高压过热蒸汽的二级减压角式减压阎，采用双层多孔笼罩及节流孔板作为节流元件，并对其压比特性及节流特性进行数值分析，主要的研究内容与成果有:
　　(1)使用Inventor软件建立了高温高压过热蒸汽减压阀几何模型，使用Workbench对流道模型进行了网格划分。以520℃，10 MPa的过热蒸汽作为流动介质，针对不同减压比和不同阀芯开度的压比特性进行了数值研究，分析了压力、速度和温度等流动参数变化情况;从减压机理上分析了三个参数的变化规律;获得了该阀的流量特性。研究表明:阀门流道的压力变化主要发生在双层笼罩和节流孔板，且双层笼罩的压降效果要好于节流孔板的压降效果。该阀的理想流量特性近似于线性关系。随着减压比的减小，流道压力越平稳，双层笼罩的压降效果越好，湍流能量耗散减小;过热蒸汽始终保持较大的过热度，不会发生相变。
　　(2)建立了不同入口流道直径、双层笼罩间距以及节流孔板位置的流道模型，并针对以上三个参数对高温高压过热蒸汽减压阀节流特性的影响进行数值研究。研究表明:入口流道直径对该阀的节流特性及出口流量没有显著影响。随着双层笼罩间距的增大，内笼罩孔出口处的高流速低温区域减小，节流孔板处的湍流能量耗散明显下降。随着节流孔板位置的下移，阀腔两侧的漩涡增大，最大速度减小，最低温度增大，湍流能量耗散增大。
　　综上所述，大双层笼罩间距以及靠近内外笼罩的节流孔板位置布置使高温高压过热蒸汽减压阀压降节流效果更好，湍流能量耗散就越少。本文的研究成果对于掌握高温高压过热蒸汽减压阀流场流动特性，改善其节流效果具有重要的指导作用。

目录

声明

致谢

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外阀门研究现状

1．2．1 阎门的分类和用途

1．2．2 阀门内部流动主要研究方法

1．2．3 阀门内部流动研究现状

1．3 高温高压过热蒸汽减压阀介绍

1．3．1 减压阀研究现状

1．3．2 高温高压过热蒸汽减压阀介绍

1．4 本文的研究内容

第二章 计算流体力学研究方法

2．1 计算流体力学

2．1．1 计算流体力学方法概述

2．1．2 流体力学基本方程组

2．2 湍流模型

2．3 流动分析模型的建立

2．3．1 几何模型的建立

2．3．2 流道模型建立

2．3．3 网格划分与边界条件

2．4 本章小结

第三章 减压阀的压比特性研究

3．1 数值模型的建立

3．2 不同减压比的压比特性研究

3．3 不同阀芯开度的压比特性研究

3．4 本章小结

第四章 减压阀的节流特性

4．1 数值模型的建立

4．2 入口流道直径对节流特性的影响

4．3 双层笼罩间距对节流特性的影响

4．4 节流孔板位置对节流特性的影响

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

作者简历