煤液化熱高分調節(jié)閥空蝕-沖磨損數(shù)值研究.pdf

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

2、研究，主要采用試錯法來改進閥的結構，存在較大的盲目性。因此，采用數(shù)值計算方法獲得介質流動參數(shù)，實現(xiàn)熱高分調節(jié)閥的失效預測和結構優(yōu)化具有重大意義。
　　 本文以世界首套百萬噸級煤直接液化示范工程中熱高分調節(jié)閥為研究對象，根據(jù)實際工況（包括壓差、結構尺寸、介質和閥芯材料特性等）進行，采用數(shù)值計算的方法獲得空化場、磨損率分布和其它重要流場信息，建立空蝕和空化作用下沖蝕磨損的破壞預測方法，從閥芯失效預測和結構優(yōu)化兩方面進行研究。本論文的

3、主要研究內容和結果如下:
　　 (1)首次提出了采用空化場、速度場和壓力場相結合的方法來預測空蝕。本文通過對調節(jié)閥的空化流動計算和分析得出，因節(jié)流作用導致閥芯頭部產(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（40～88m/s）沖向閥芯頂部，因頂部區(qū)域壓力高于介質的飽和蒸氣壓，導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、顆粒軌道模型、沖蝕磨損模型和壁面條件等，計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，其最大磨損率比項部極值低1～2個數(shù)量級。
　　 (3)對典型破壞結構進行建模和數(shù)值計算，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構變化的規(guī)律，通過對破壞結構的形貌分析，驗證了本文提出的空蝕和空化影響下沖蝕磨損預測的正確性。
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