【摘 要】
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安全阀是承压设备中的重要组件,安全阀的正常工作对于整个承压系统的寿命和可靠性来说具有非常重要的意义。本文主要采用数值模拟和试验研究相结合的方法对安全阀的阀盘升力
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安全阀是承压设备中的重要组件,安全阀的正常工作对于整个承压系统的寿命和可靠性来说具有非常重要的意义。本文主要采用数值模拟和试验研究相结合的方法对安全阀的阀盘升力和出口流量进行研究,通过研究确定一个可以用于预测安全阀阀盘升力和出口流量的湍流模型并用于后续的安全阀阀盘结构的优化设计。希望本文的研究能够给安全阀的工程设计人员提供一定的帮助,本文的研究内容如下:(1)建立了安全阀的二维CFD模型,通过Fluent软件中的六种湍流模型对安全阀在不同阀盘开度下的阀盘升力和出口流量进行预测。预测结果表明六种湍流模型之间在小开度预测的阀盘升力误差较小,但是中开度和大开度预测的阀盘升力误差较大。六种湍流模型之间对于安全阀出口流量的预测没有太大差异,但是预测大开度下的出口流量与预测小开度下的出口流量相比较差异更小。(2)搭建了用于安全阀阀盘升力的测试装置,并基于LabVIEW编写了测试装置的数据采集系统。试验结果表明测试装置具有很好的重复性并且可以精确地测得安全阀在不同压力、不同阀盘开度下的阀盘升力。通过测试装置测得了在安全阀入口压力分别为3.0bar、3.5bar和4.0bar下不同阀盘开度下的阀盘升力,通过对比试验数据和仿真数据发现SST(4eq)湍流模型的误差最小,RKE湍流模型的误差最大。因此确定了SST(4eq)湍流模型在六种湍流模型中精度最高,该湍流模型能够预测安全阀在不同压力、不同阀盘开度下的阀盘升力和出口流量,可以用于后续的安全阀阀盘结构的优化设计。(3)建立了安全阀阀盘结构的优化模型并对安全阀的阀盘进行优化设计,以安全阀的出口流量为目标函数,以安全阀的阀盘半径、阀盘深度和阀盘厚度为设计变量。采用拉丁超立方采样方法进行试验设计并对设计点进行CFD仿真得到设计点的出口流量,利用RBF模型进行试验点数据的拟合,并采用遗传算法对拟合的模型进行优化。对得到的优化设计的结构重新进行CFD计算,结果表明与原始设计对比优化设计的安全阀的出口流量增加了21.43%,排量明显增大能够加速承压设备内的介质泄放。
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