煤液化減壓閥空蝕機理及數(shù)值預(yù)測方法研究.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。該減壓閥的運行工況具有溫度高、壓差大、含固量高的特點，存在嚴重的空化、空蝕和沖蝕磨損。減壓閥的材料升級和表面硬化處理可在一定程度上提高其耐磨損性能，但不足以抵抗嚴重的空蝕。了解減壓閥的內(nèi)部流動是分析其失效并進行優(yōu)化的重要途徑之一，但實驗研究受限于苛刻的實際運行工況而無法開展。因此，開展煤液化減壓閥的空蝕機理和空化流動的數(shù)值預(yù)測方法研究，對于減壓閥的空化

2、流場預(yù)測及相關(guān)優(yōu)化具有重要意義。
　　本文基于壁面附近單個空泡潰滅的動力學(xué)研究，得到了空泡潰滅的過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、空化模型等計算流體力學(xué)方法，結(jié)合煤液化減壓閥的實際結(jié)構(gòu)、運行工況等參數(shù)，構(gòu)建了減壓閥三維空化流動的數(shù)值預(yù)測方法，分析了減壓閥內(nèi)部的空化流動，并提出了運行優(yōu)化措施。本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　?。?）構(gòu)建了單個空泡變形、潰滅的

3、數(shù)值求解模型，得到了空泡的潰滅過程及流場中壓力、速度、溫度的變化情況?？张菰诒诿鏉鐣r，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際運行參數(shù)，計算得到了不同開度下減壓閥內(nèi)的三維空化流場。隨著開度的增加，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)測了出口壓力增大和進口壓力減小時減壓閥內(nèi)部的

4、空化流動情況，提出采用兩個減壓閥串聯(lián)安裝進行分級減壓，且第一級閥門的出口壓力控制在7.5~5 MPa左右的運行優(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)值計算模型，得到了空泡潰滅的過程以及壁面中心點的壓力、溫度隨時間的變化關(guān)系；
　?。?）構(gòu)建了減壓閥三維空化流動的數(shù)值預(yù)測方法，結(jié)合減壓閥的實際參數(shù)，完成了減壓閥內(nèi)部的空化流場分析，并對閥頭的空蝕進