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摘 要：全阀在工业承压系统内承担着十分重要的作用，主要作用就是保证生产系统在实际运行过程中具有较高的安全性能，保证生产系统生产质量及效率。因此，对于全阀超压泄放瞬态动力学数值模拟进行分析研究，具有重要的现实意义。本文在研究过程中，借鉴先进科学技术与编程语言，构建安全瞬态动力学函数关系，通过数值模拟的方式进行系统性分析研究。
关键词：全阀 数值模拟 动力学 动网格 泄放机理
前言
全阀是工业生产系统内安全方面的重要元件，主要作用就是保证生产系统能够在合理的压力条件之下运行，保证生产系统的安全性能。但是全阀在实际运行过程中还是会出现不同故障。科研人员在对于全阀分析研究过程中，主要集中在三个方面，分别是实验测试、数值模拟与全阀。现阶段对于全阀研究工作已经取得了十分显著的工作成果。
1、计算模型
本文在对于全阀超压泄放瞬态动力学数值模型研究过程中，利用的是ANSYSCFX软件，该软件与科研人员在研究过程中所应用的软件相比较，无法自动再生网格，但是能够对于已经形成的网格进行转移，进而保证网格能够按照用户自身需求到达针对性位置，保证对于该区域内计算工作完毕。在对于全阀开启过程中的动力学分析研究过程中，主要通过动网格技术进行研究分析，利用数值模拟的方法对于全阀在启动过程中有关参数的改变进行分析研究。为了能够保证计算模型更加便捷，首先就需要对于计算模型内有关参数进行确定，例如时间步长就为tstep，全阀启动元件质量就为mdisc。
通过利用动网格技术和全阀启动软件位置改变情况，就能够有效对于全阀软件在开启过程中瞬时变化情况进行分析研究，对于全阀启动的时候流域瞬态变化问题进行计算。
2、数值模拟过程
2.1网格划分
在建模过程中需要利用到CFX内的流体薄片技术，也就是按照一定厚度从某个方向进行拉伸，进而得到厚度为一个固定单元的薄片，将所得到的薄片放入到针对的平面之中，保证与该平面相垂直的部分数值为零，构建计算区域。其次就是将计算区域引入到ICEMCFD内，应用四面体对于所生成网格的尺寸进行控制，同时对于全阀启动周围及入口位置上面的网格进行重新加密处理。在对于网格计算完毕之后，需要对于网格质量进行检查，同时对于网格平滑度进行整体分析。
2.2物理参数设置及边界条件
本文在对于全阀超压泄放瞬态动力学数值模拟分析研究过程中所应用到动力网技术内，对于边界设置上面已经提供了针对性条件，其中还包含特殊情况下的边界条件。全阀超压泄放瞬态动力学数值模拟瞬态流场内，并不涉及到无效边界组合，同时也并不涉及到特殊性边界，例如对于初始条件相对于敏感的边界，在对于边界条件设置过程中，需要受到精确性与收敛性的影响。在对于全阀超压泄放瞬态动力学数值模拟初步性分析研究过程中，将全阀运行条件设置为常规性条件，也就是温度为25℃，对于高速气体动力学所造成的影响暂时忽视，高速气体动力学所造成的影响主要表现在两个方面上，分别是密度与比热容，同时也忽视重力的影响。通过利用稳健边界条件，在对于入口边界条件设置过程中，压力为5%，出口应用的是开放式的出口，也就是气体能够自动流入或者是流出，整个计算区域具有开放性特征，整个计算区域内具有显著零梯度涡流特点。
整个计算区域内的壁面边界主要有两种模式构成，这样也就造成在计算区域内的入口通道内基本上都是保持相对静止状态，并不会产生任何滑移，因此壁面应用无滑移绝热壁面。但是全阀软件在开启过程中，会产生移动，通过移动速度与动网格内所应用到的编辑语言之间有着十分紧密的关联，所以就需要应用到滑移绝热壁面。
在涡流模型内，所应用到的模型框架为SST，这种模型框架具有近壁运算与远场计算的优势，能够对于跨声速带激波的边界流动情况内应用。模型所得到的计算结果具有一定收敛性，在对其分析研究过程中主要应用残差曲线，最大误差不会超过0.001.
3、模拟结果与分析
在全阀超压泄放瞬态动力学数值模拟内应用动网格技术，能够有效保证数值模拟计算结果与实际情况之间更加贴近，这样进行稳态模拟次数就能够有效减少，防止在多次计算过程中出现惯性失真的情况。同时由于全阀在刚开始启动的时候参数变化十分激烈，为了能够对于在该段时间内的参数进行重点了解，创建瞬态模拟就十分重要。
3.1压力场云图
如图一所示，为全阀在瞬态启动过程中在每一个时间段内的压力云图。由图一能够发现，其中第一个图表示全阀在没有启动之前，全阀管道内外之间所产生的压力效果，但是由于全阀管道属于密封性管道，图内的管道内部是在进行预泄之前所出现的情况，在这种情况下由于流体运动，造成入口处内的压力显著提升。
全阀启动软件与介质压力在感受到弹簧力处于失衡状态下之后，全阀启动软件就是立即与密封面相脱离，进而保证全阀能够启动，这样全阀内场就会出现气流紊乱情况，流场内的压力发生显著改变，具体情况如图一内的第二个图。在经过一段短暂的时间之后，全阀就能够进入到稳定泄压状态下，全阀内壁上面的局部压力将能够超过1mpa，但是全阀阀口的位置还会出现较为明显的负压力情况。
3.2速度场矢量图
如图二所示，图二内全阀在瞬态启动过程中，每一个时间段内的速度矢量。
全阀在刚开始启动的时候，速度基本为零，流入在逐渐进入到阀道之后，全阀启动软件密封区域内就会出现细小的泄露情况，进行预泄露，在这个时候全阀瞬态速度就会发生一定改变。全阀在流体在进入到瞬态状态下的时候，全阀内的某一个开高位置上面就会出现超压泄放的情况，在这个阶段内全阀泄压处于高度饱和状态下。当全阀泄压在进入到最高的时候，流体泄放逐渐趋于平稳状态。从图二内能够发现，全阀在Q点的之后，周围速度变化具有不连贯特点，速度变化十分明显，这样就能够充分表明全阀在进入到稳定排放过程中所具有的特点，也就是流体开发在趋于稳定之后，流体参数基本上不会发生显著改变。
结论：本文在对于全阀超压泄放瞬态力学数值模拟分析研究过程中，通过利用动力学方程式，利用动力学参数与动网格技术，对于数值模拟编程语言进行确定，选择适合本文研究所应用的涡流模型，完成了对于全阀超压泄放瞬态动力学数值模拟任务。在研究之后发现，在全阀超压泄放瞬态动力学内，是以密封性管道作为外部接线，进而构成了内流场与外流场，在内流场内流体主要以收缩流动为主要特点，在外流场内主要以扩张为主要特点，两个流畅之间参数的流场正好与压缩流体流动特点相吻合。本文在研究上面还存在一定不足，希望有关研究人员不断进行深入性研究与分析。
参考文献
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