Численное моделирование рабочего процесса в предохранительном клапане с дополнительной газодинамической связью

Авторы

  • ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, Ижевск
  • ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, Ижевск
  • ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, Ижевск

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2020-3-118-126

Ключевые слова:

предохранительный клапан, газодинамическая связь, вязкий газ, узкие каналы, численное моделирование, схема Годунова

Аннотация

Рассматриваются газодинамические процессы в предохранительном клапане пружинного типа при наличии дополнительной газодинамической связи между объемом клапана и окружающей средой. Открытие клапана при выпуске газа из резервуара в окружающую среду сопровождается наполнением рабочего объема. В результате, повышение давления над поверхностью диска создает обратное усилие, препятствующее его подъему, которое может привести к неустойчивому колебательному режиму движения диска. Уменьшение этого давления позволит обеспечить устойчивую работу клапана. Дополнительная газодинамическая связь вводится для стравливания давления над поверхностью диска путем вывода газа в дополнительную полость через узкие каналы в виде цилиндрических или коаксиальных зазоров.

В данной работе оценивается правомерность расчета течений вязкого газа в узких зазорах на основе одномерных уравнений газовой динамики, использование которых при численном моделировании нестационарного процесса работы клапана не увеличит существенно объем вычислений. Для доказательства возможности использования одномерного подхода приводится сравнение распределений скорости и давления газа по длине канала, полученные в результате решения задачи в двумерной и одномерной постановках.

На основе алгоритма с предварительным расчетом характеристик вязкого течения в соединительных каналах, получена зависимость приведенной силы клапана от высоты подъема диска при использовании двух цилиндрических узких каналов для уменьшения давления на верхнюю поверхность диска. Показано, что в этом случае обеспечивается устойчивый режим функционирования клапана, в то время как отсутствие сброса газа может привести к неустойчивому колебательному режиму движения диска.

Библиографические ссылки

Beune A. Analysis of high-pressure safety valves Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven. 2009. p.134. DOI: 10.6100/IR652510.

Song X.G., Wang L.T., Park Y.C., Sun W. A Fluid-Structure Interaction Analysis of the Spring-Loaded Pressure Safety Valve during Popping Off // 14th International Conference on Pressure Vessel Technology. Procedia Engineering, 130 (2015), pp. 87-94. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.178

Hos C.J., Champneys A.R., Paulc K., McNeelyc M. Dynamic behavior of direct spring loaded pressure relief valves in gas service: Model development, measurements and instability mechanisms Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 31, (2014), рр. 70-81.

Hos C.J., Champneys A.R., Paul K., McNeely M. (2016). Dynamic behaviour of direct spring loaded pressure relief valves: III valves in liquid service. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 43, 1-9. DOI: 10.1016/j.jlp.2016.03.030

Dimitrov S., Komitovski M. Static and Dynamic Characteristics of Direct Operated Pressure Relief Valves; Machine Design, Vol. 5 (2013). No. 2. ISSN 1821-1259; pp. 83-86.

Коркодинов Я. А. Обзор семейства k–ε-моделей для моделирования турбулентности // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2013. № 2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/obzor-semeystva-k-modeley-dlya-modelirovaniya-turbulentnosti (дата обращения: 23.04.2020).

Численное решение многомерных задач газовой динамики / С. К. Годунов, А. В. Забродин, М. Я. Иванов, А. Н. Крайко, Г. П. Прокопов. М. : Наука, 1976. 400 c.

Сафронов А. В., Фомин Ю. В. Метод численного решения уравнений газодинамики с помощью соотношения на разрывах // Труды МФТИ, 2010. Т. 2. № 2. С. 137–148.

van Albada G.D., van Leer B., Roberts W.W. Jr. A comparative study of computational methods in cosmic gas dynamics. Astronomy and Astrophysics, vol. 108, no. 1, Apr. 1982, p. 76-84.

Wesseling, Pieter, Dr. Principles of computational fluid dynamics / Pieter Wesseling. p. cm. - (Springer series in computational mathematics, ISSN 0179-3632; 29) Mathematics Subject Classification (1991): 76M, 65M, XII, 644 p.

Численное моделирование процесса срабатывания предохранительного клапана / М. Р. Королева, О. В. Мищенкова, Т. Редер, В. А.Тененев, А. А. Чернова // Компьютерные исследования и моделирование. 2018. Т. 10. № 4. С. 495–509.

Редер Т., Тененев В. А., Паклина Н. В. Исследование влияния величины начального зазора на динамику открывания предохранительного клапана // Интеллектуальные системы в производстве. 2018. Т. 16. № 2. С. 28–40. DOI 10.22213/2410-9304-2018-2-28-40.

Опубликован

2020-11-17

Выпуск

Раздел

Статьи