低温阀门冷态试验过程传热模拟及深冷处理设备研制

摘要

现代科技与工业的发展使得低温系统应用场合和使用规模日益增大，低温下材料的物理、力学性能与常温下相比有较大的差别，比如金属的低温脆性。而作为低温系统中常用部件-低温阀门会直接影响到整个系统的运行情况。不锈钢阀门材料在低温下会出现奥氏体向马氏体转变，进而带来材料性能的变化。为了消除由此可能带来的不利影响，通常需对阀门材料进行深冷处理。另外，阀门在生产出来之后还需要对其进行冷态试验(低温试验)，来检查其在低温下的密封性能和其他机械性能。 本文将首先通过总结文献中的经验公式和实验结果，联立求解出不锈钢材料在液氮中沸腾对流换热系数。在此基础上，通过不锈钢圆饼的沸腾实验实测降温曲线，并将之与模拟结果进行对比，完成对对流换热系数的修正。 用修正后的换热系数对低温阀门冷态试验传热过程进行数值模拟，以此来指导低温阀门的冷态试验过程，并且针对阀门冷态试验中填料处出现冻结的现象，提出了阀杆处添加绝热层的方案，并进行模拟验证。 此外，将自行设计和制作一套可控温深冷处理实验台，以供不同材料在不同低温环境下进行了深冷处理，为进一步展开深冷处理机理的研究提供一个平台。 最后，利用不锈钢方板的沸腾实验中测得的内部温度分布数据，利用反传热分析方法来求解方板表面对液氮的对流换热系数，并结合公式进行分析比较。本文只是对一维反传热问题进行了初步研究，为深入开展相关研究以及进一步开展深冷处理机理的研究和深冷处理的模拟计算提供参考。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号表

声明

第一章绪论

1.1课题背景及意义

1.2课题研究进展

1.2.1深冷处理研究进展

1.2.2阀门低温试验方面的相关标准

1.2.3反传热研究的进展

1.3本文的工作

第二章沸腾换热的理论基础及求解对流换热系数

2.1引言

2.2沸腾换热的机理

2.3沸腾换热实验

2.4沸腾换热经验公式

2.5对流换热系数的计算

2.6本章小结

第三章不锈钢沸腾实验及对流换热系数的修正

3.1引言

3.2 ANSYS软件简介

3.3实验装置及实验过程

3.4实验结果及分析

3.5本章小结

第四章低温阀门冷态试验传热过程模拟与分析

4.1引言

4.2温度场分布数学模型

4.3模型及物性参数

4.4模拟结果及分析

4.5本章小结

第五章深冷处理设备研制

5.1前言

5.2设计流程及传热计算

5.2.1设计流程

5.2.2系统传热计算

5.3液氮输送装置及测量系统

5.3.1液氮输送装置

5.3.2测量系统

5.4实验及其分析

5.4本章小结

第六章反传热法求解对流换热系数

6.1引言

6.2反传热问题的理论基础

6.3实验装置及实验过程

6.4实验结果及讨论

6.5本章小结

第七章总结与展望

7.1全文总结

7.2前景及展望

参考文献

附录

致谢