Трехмерное численное моделирование газодинамики предохранительного клапана

Томас Редер; Валентин Алексеевич Тененев; Надежда Владимировна Паклина

doi:10.22213/2413-1172-2018-4-174-181

Авторы

Т. Редер ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
В. А. Тененев ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
Н. В. Паклина ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2018-4-174-181

Ключевые слова:

газодинамика, численные методы, трехмерное моделирование, схема Годунова, предохранительный клапан, разностные сетки

Аннотация

Рассмотрена модель газодинамических процессов в предохранительном клапане прямого действия, предназначенном для обеспечения безопасности трубопроводов и аппаратов высокого давления. Моделирование осуществлялось на основе метода контрольного объема и разностной схемы С. К. Годунова в трехмерной постановке. Внутреннее пространство клапана разделено на два блока, в каждом из которых строится структурированная разностная сетка. В первом блоке сетка является ортогональной. Параметры газа на границах контрольных объемов определяются на основе автомодельного решения задачи о распаде произвольного разрыва. Формирование газодинамических переменных для решения задачи о распаде произвольного разрыва с последующим восстановлением составляющих вектора скорости проводилось с применением преобразований векторов в локальной системе координат на каждой грани контрольного объема. Реализованный численный метод расчета нестационарной трехмерной газодинамики позволяет определять пространственную структуру потока в предохранительном клапане и его количественные характеристики (давление, плотность, скорость, температуру). Анализ результатов расчетов показал, что течение до нижней части диска близко к осесимметричному. Сравнение с результатами расчетов в осесимметричной и трехмерной постановках свидетельствует о том, что интегральная характеристика (газодинамическая сила) может рассчитываться для рассмотренных условий в осесимметричной постановке при соответствующем выборе эквивалентной конфигурации внутреннего контура клапана.

Биографии авторов

Т. Редер, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

соискатель

В. А. Тененев, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры «Высшая математика»

Н. В. Паклина, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

ведущий инженер-программист Издательства ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

Библиографические ссылки

Pentair Pressure Relief Valve Engineering Handbook. Forward Technical Publication, 2015, TP-V300, р. 800.

Flow Equations for Sizing Control Valves. ISA-S75.01-1985 (R 1995), p. 50.

Gábor Licskó, Alan Champneys, Csaba Hős. Dynamical Analysis of a Hydraulic Pressure Relief Valve. Proc. World Congress on Engineering-2009 (July 1-3). Vol. II. London, UK.

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, 2014, vol. 31, рр. 70-81.

RELAP5/mod 3.3 code manual. Vol. I. Information systems laboratories, Inc., Rockville, Maryland, Idaho Falls. Idaho, 2003.

Budziszewski Anna, Thoren Louise. CFD simulation of a safety relief valve for improvement of a one-dimensional valve model in RELAP5: Master’s thesis in the Master’s program Innovative and Sustainable Chemical Engineering. Gothenburg, Sweden, 2012, p. 82.

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

Song X., Cui L., Cao M., Cao W., Park Y., Dempster W. M. A CFD analysis of the dynamics of a direct-oprated safety relief valve mounted on a pressure vessel. Energy Conversion and Management, 2014, рр. 407-419.

Liu Yang, Zhoujie Wang, William Dempster, Xinhai Yu, Shan-Tung Tu. Experiments and transient simulation on spring-loaded pressure relief valve under high temperature and high pressure steam conditions. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2017, vol. 45, рр. 133-146.

Численное моделирование газодинамики предохранительного клапана / Т. Редер, В. А. Тененев, М. Р. Королева, О. В. Мищенкова, О. А. Воеводина // Интеллектуальные системы в производстве. 2017. Т. 15, № 4. С. 4-11.

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.

Wesseling Pieter. Principles of computational fluid dynamics. Springer series in computational mathematics, 1991, p. 644. ISSN 0179-3632; 29.

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.

Beune A. Указ. соч.

Численное моделирование газодинамики предохранительного клапана.