安全閥反沖效應(yīng)數(shù)值模擬結(jié)果分析

1、安全閥反沖效應(yīng)數(shù)值模擬結(jié)果分析本課題將左要研究不同結(jié)構(gòu)下反沖力在開口過程中的不同.本節(jié)先就初始安全聞摸型的氣體介質(zhì)功態(tài)數(shù)值棋拉結(jié)果進行詳細的介紹.(1)選取23匸的空兀作為流動介質(zhì)進祈計我，応密度九1時k師護.障爾質(zhì)雖為第光ICg/KmdL創(chuàng);&粘滯陞為1的lEmfCgm®'".-1仟質(zhì)為理想粘性牛頓流體.忽略£力的影響*流體不可印縮H熱傳導(dǎo)類樂均尊溫的.(2聲氣在諫模型中的流功狀感丄要堆湍流選擇需諾應(yīng)力方思模翌屮的SAS.SST模型進行計算.411間接算法下的反沖效應(yīng)動態(tài)結(jié)果反沖效應(yīng)的間接算法是通過升力減去介質(zhì)靜壓力咼到反沖力的大小.m4-l.4

2、-2為氣休介質(zhì)的動恣模擬開啟過程的包移和反沖力變化圖音麗*卡雪京D音麗*卡雪京D-I>11.1-亠1iRvwili(N)S3tffittHrt1匸6J111IHIiirrn|iTH|4£>=1圖4-1安全腳開斟階毆的位暮變化圖圖4-1安全腳開斟階毆的位暮變化圖圖4-2安全斛開啟拉程反沖力蠻化圖"旌閉階17安仝閥閥芯處晌力平衡皿"旌閉階17安仝閥閥芯處晌力平衡皿即介質(zhì)隸壓力和密HZiZ和與彈資預(yù)緊力相等.這段時間內(nèi)是沒有反沖力的匚由幵B中的反沖力是梶"芯和反沖盤的兩者所St到的沿著開啟方向卜的合力tJft值可以通過數(shù)ffi楔擬徘到且關(guān)闔階段擁F

3、»ff力)減去閥芯升力而再到的.不難笈現(xiàn)開成階段之聲.反沖丿j為如侑”實血1一關(guān)閉狀態(tài)下安全課的靜力平衡不是由反沖力提供而是由密時力堤供.在安金閔臨近開心階段，密封力逐漸漩小直到為零安全閥在此時開啟.反沖力也在此才產(chǎn)?！癐H«H如移的増大反>I.4iJ厶皿1RMQg、3$A(l)JFA3mm卜的全比云圖A<2*j5mm卜的全川云IBI4C4心»sItaiAwio.IJ.mosT©ulw3A(3)JFA7mm卜的全兒厶圖«i他I-1I.OtwW*.葉如丫5乙片KMT14oonjSmm卜的全心云EHA(4)沖力也迅速增大到最大值,此后.

4、閥芯位移和反沖力又開始減小.滅小到一定程度又增人，這種波浪式變化規(guī)律開始很明臥，址后閥芯位移和反沖力在開啟后叢蕩段時間后趨于穩(wěn)定，進入較為理想的穩(wěn)定丼放階段，姜余的介質(zhì)壓力排放以后，安全閥閥芯開始回座,在回座階段閥芯位移迅速減小直到為零.閥芯與閥朋緊密接觸,任此過程中反沖力也是迅速減小,閥芯與閥座接觸時反沖力消失結(jié)介兩圖的變化規(guī)律可看出反沖力與閥芯位移仃n接的對應(yīng)關(guān)系。圖4344為氣體介質(zhì)的動念模擬開啟過程的全壓云圖和靜壓云圖.2SFMMF.IC9U«t>II«SW*»«aIW>»«4(e，ou»g圖43氣體介質(zhì)

5、動態(tài)模擬全爪云圖“CM*II"2X9I*mMSI34鄧2伙和rr,二4“心6k»1Mr4«i心snOX、90“B(2)Jlrt5mm卜的靜八厶圖B(1)開A3mm卜的弊床云圖n.7U42»I4VM»>nLisonIi.g"4.1f.“mummie$(3)開髙7mm卜的靜兒云圖Fvg>。KuIu>PX：B(4)開髙8mmF的靜兒云圖圖44氣體介質(zhì)動態(tài)模擬腫兒厶圖從圖心和圖44看出：安全閥在開啟過程中會出現(xiàn)負壓區(qū).主耍集中在F調(diào)節(jié)圈的凹口和拐角處.單獨看全壓云圖.不同開高下的壓力云圖是不同的.特別是閥道外的.從流束形狀可

6、看出:在較小的開啟高度下.介質(zhì)的流動方向平行于閥座密封面.莊這種情況下，流束對反沖盤的作用力比較小;開啟髙度變大后,流束方向從閥座密封平面偏向閥中心軸線，此時，反沖盤受到的作用力也越大.所以開高越大，反沖效應(yīng)越明顯。從掙態(tài)云圖看，閥道內(nèi)和閥芯下方靜壓較大,以靜壓為匕而閥道外反沖盤下方的區(qū)域.掙壓波動較人，而且冇的區(qū)域掙壓比較小，這是山氣體介質(zhì)IIH1K7速度增人產(chǎn)生動壓導(dǎo)致的。安全閥開啟后產(chǎn)生動壓會便開啟過程變得不穩(wěn)定,產(chǎn)生的動態(tài)擾動導(dǎo)致了反沖力的住蕩變化.這種栽蕩會導(dǎo)致閥芯的徒蕩.嚴(yán)幣;時會導(dǎo)致安全閥排放能力降低并可能逍成損壞。4.12直接算法下的反沖效應(yīng)動態(tài)結(jié)果反沖效應(yīng)的直接算法是在反沖盤

7、的受力邊緣上測取靜壓.計算平均壓力.乘上反沖盤有效面枳得到反沖力。在數(shù)值模擬中.安全閥的開啟過程包含的求解步數(shù)較<1000多個人為了節(jié)省時間，本文尋找反沖盤受力邊緣上的平均壓力與反沖盤下邊緣固定曲測戍（木文取得的固定監(jiān)測點為反沖盤F邊緣距離中心線26.5mm處壓力之間的關(guān)系,并且得到了壓力之間的線性關(guān)系,通過固定監(jiān)測點的壓力得到反沖盤受力邊緣上的平均壓力.住CFX后處理中.得到相應(yīng)壓力數(shù)據(jù)如表41所示.把數(shù)據(jù)IIIOngiiiPio7.5軟件處艸后.得111平均壓力與固定監(jiān)測點爪力之間具有線性?<4-1持定步救下的固定監(jiān)測點斥力與平均爪力單位:位移：mm：IK力：MPa步數(shù)位移固定

8、盂測點的爪力平均壓力504.110340.24S656.730.4M0.369707.10.4910.39757.440340.434S07750360.45S5SD30.5760.47100S.450j610.51361257630.5«0.461456.70.50.4505720.5330.424對應(yīng)關(guān)系如圖45所示。|*45平均樂力號庖點壓力間的關(guān)系圖46開J0過程中的平均丿與曲II點爪力變化圖固定監(jiān)測點壓力可以莊CFX后處理中通過Probe命令得到再利用圖45中的擬合公式.就可以得到通過固定監(jiān)測點壓力轉(zhuǎn)化紂到反沖盤下邊緣的平均爪力見圖4-6lllffl4-7nf以發(fā)現(xiàn)反沖盤的

9、有效面積有三部分:水平直邊、斜邊和凸邊水平段。三部分的兒何參數(shù)詳見第三章的模型分析部分,不難紂到:維怙況F反沖盤受力的有效面積為28.8mm2,乘以平均壓力可得到反沖力，再乘以比例系數(shù)從而得到三維下的反沖力，見圖4-8；、w(N©¥£產(chǎn)生反沖力II0II'»«W300Dn»（jrtsW4-7反沖盤孑部分受力圖W4-7反沖盤孑部分受力圖圖*SAttW法卜的安全閥開啟過用反沖力變化圖宜接算法下安全閥開啟過程中的反沖力住穩(wěn)定開高下人約為350N,這比間接算法下得到的反沖力人，但是兩種算法F的安全閥開啟過程中的反沖力變化趨勢是相同的。

10、實際上間接樣法的結(jié)果足近似值.任計樣反沖力時是用反沖盤和閥芯受到的沿開啟方向的力減去閥芯受到的介質(zhì)擁壓力，而介質(zhì)靜壓力是用閥芯面枳乘以入口壓力御到的,實際I：介質(zhì)經(jīng)過竹道的流動導(dǎo)致閥芯下面的靜爪比入口用力略小.這足間接樣法較小的原因.山F間接樣法比化接彳法簡單方便，處理數(shù)據(jù)快捷，而R.能人致反映開川過程中的反沖力變化趙外在近似估計中可以便用.4.2不同結(jié)構(gòu)的反沖效應(yīng)結(jié)果對比下調(diào)節(jié)圈對反沖力的影響對比為r分析f調(diào)節(jié)圃對反沖力的影響,木文在其他條件（整定壓力、入口壓力和彈簧剛度）不變時，改變F調(diào)節(jié)位置進行了三種模擬,分別是與聞道平齊、下移0.1mm.0.2mm.并對備個模型進行數(shù)值模擬,得到不同位

11、S下的網(wǎng)芯位移變化曲線和反沖力變B4-9不員TH節(jié)舍Ff開門階攻的佇纟g100KijiiT»nw<ni5j-jii圖4-10化曲線見圖49號圖4-10.對比以I：幾個圖可以發(fā)現(xiàn)安全閥的穩(wěn)態(tài)開高9下調(diào)節(jié)圈的位置仃很人關(guān)系：下調(diào)節(jié)圈'丿閥用半衍時的址人開島址人，隨桿卜-調(diào)節(jié)圈位置的卜移，址人開島逐漸減小。而穩(wěn)定排放階段的位侈反而是卜調(diào)節(jié)甌位淫卜移0.1mm時圮大.三者的隱態(tài)開島關(guān)系依次為：卜移0lmm與閥道半齊卜移0,2mm卜調(diào)肖閽位置卜移，安全閥開心爲(wèi)度卜.降，V體洶放晁下降，動屋交換降低，導(dǎo)致反沖力下降，下調(diào)節(jié)圈下移0.2nun反沖力降低很多.這比其他兩種情況要小50N

12、,而下移0.lmm反沖力降低很少,這可通過安全閥的I作穩(wěn)定性來解釋:從芮圖中可發(fā)現(xiàn)明顯的規(guī)律.HW節(jié)岡位置越靠近閥芯，氣體枳聚程度越人位移和反沖力復(fù)蕩變化越明顯，這種動態(tài)擾動適成了安全閥開焙的不忌定.動態(tài)擾動越人，安全閥開啟過程越不穩(wěn)逐.而II這也會造成能址的損失，址后下調(diào)節(jié)位置平齊比9閥道時的反沖力反而比F移lmm時的略小，這是由T安全閥丿I：康過程動態(tài)擾動略人導(dǎo)致的。可見卜調(diào)石圈的位置移動足通過攻變氣體枳聚程度和動態(tài)擾動程度兩種因索來晌安全閥的開啟.反沖盤凸邊對反沖力的影響對比為了分析反沖盤凸邊對反沖力的影響，木文對反沖盤凸邊的人小做了三次攻動，凸邊人小分別為1.9mm、2mm、2.1mm

13、并対/個模樂進行數(shù)值模擬，得到存?zhèn)€模型下的閥芯位移變化曲線和反沖力變化曲線，見圖411和圖412。R4-11不同凸邊氏度開A輸ft的位移變化圖412不同凸邊K度開必階狡的反沖力變化從圖411和4-12發(fā)現(xiàn)，安全閥反沖盤轉(zhuǎn)向凸邊為19mm»時的安全閥穩(wěn)態(tài)開爲(wèi)稍仃變化關(guān)系依次為：凸邊1.9mmV凸邊2.0mmV凸邊2.1mm：在穩(wěn)定開高F的反沖力關(guān)系亦是如此,反沖力大小分別為：331.91N、348.05N、353.67N穩(wěn)定開高和在穩(wěn)定開高卜的反沖力與反沖盤凸邊的人小仃f接的關(guān)系：穩(wěn)態(tài)開髙和反沖力均隨凸邊的增K而增人。這是因為：介質(zhì)經(jīng)過轉(zhuǎn)向凸邊時迫使介質(zhì)改變方向.仃-部分介質(zhì)作用力轉(zhuǎn)向

14、即沿開啟方向作用到閥芯和反沖盤上.凸邊越大,介質(zhì)轉(zhuǎn)向的反作用力越大.這就是反沖力隨凸邊增人而增大的原因.反沖力的增大使得升力増大從而穩(wěn)定開髙也隨之增大。4.3不同整定壓力下的反沖效應(yīng)結(jié)果對比為了分析不同的安全閥整定壓力下的反沖效應(yīng),本文對三種不同的整定用力進行了數(shù)值模擬分析，三種整定壓力分別是0、0.90MPa,得到不同整定爪力的閥芯位移變化曲線和反沖力變化曲線,見圖413和圖4-14.三種不同整定壓力下的閥芯位移變化和反沖力變化趨勢是相同的:安全閥開啟后閥芯位移和反沖力迅速增人到WXf/i之肩航蕩變化.址麻都昨J：穩(wěn)定值，H到安全閥關(guān)閉，而0.隨著整宦壓力的增人，閥芯位移和反沖力都隨之增人。

15、任安個閥處于穩(wěn)定樣放階段中,閥芯位移之間的關(guān)系為:整定壓力0SOMPaF的穩(wěn)態(tài)開高V整定壓力0.85MPa下的穩(wěn)定開爲(wèi)V整定壓丿J0.90MPaF的穩(wěn)定開高:在整定壓力的穩(wěn)態(tài)開高下的反沖力分別為：266.86N、348.05N、3S4.19N可見，安全閥的初始開嘉壓力越大.所產(chǎn)生的反沖力也越大。0WO0010.DOQB0006-OOQ<-0002«Fse(=oaPaPwuoar心、0QISOTirr&tns)、0QISOTirr&tns)圖4-13不kJ定爪力的開門過W位移變化nvm«vdmiTi(r><ms!W4-14不定壓力I'汁門過用反沖力變化4.4不同彈簧剛度下的反沖效應(yīng)結(jié)果對比為了分析彈熒剛度對反沖效應(yīng)的影響.木文對三種不同的彈熒剛度進行數(shù)值模擬分析,三種彈簧剛度分別是76.30KN/m、79.13KN/m、81.95KN/m,得到不同彈簧剛度卜的閥芯位移變化曲線和反沖力變化曲線.見圖415和圖416從圖中不難發(fā)現(xiàn):艸簧剛度對反沖效應(yīng)的影響很大，其他條件不變時,隨著彈簧剛度K的増大,閥芯位移逐漸滅小，反沖力也隨Z減小.在安全閥處于穩(wěn)定排放階段時,閥芯位