CO-,2-安全閥及其下游管路中的堵塞特性理論和實驗研究.pdf

1、二氧化碳(CO<,2>)作為環(huán)保工質(zhì)近年來在制冷系統(tǒng)中得到了越來越多的關注,在這些系統(tǒng)中需要安裝安全閥來保障系統(tǒng)的超壓安全。在C02制冷循環(huán)中CO<,2>是高壓的超臨界流體或氣液混合物,其工作壓力為3～16MPa,CO<,2>三相點壓力介于大氣壓力和系統(tǒng)工作壓力之間,在通過安全閥排放的過程中可能形成固體CO<,2>,即干冰,導致CO<,2>安全閥和下游管路的凍結和堵塞。CO<,2>安全閥的凍結和堵塞是推廣CO<,2>制冷系統(tǒng)必須解決的問

2、題。本文對此進行了探索性研究。 為了確定安全閥和下游管路中發(fā)生凍結和堵塞的可能性及其危害,本文采用曲折管和突擴管構造了惡劣流動條件,研究了安全閥排放堵塞特性及堵塞的危害性。 本文搭建了CO<,2>通過安全閥排放流動實驗臺,對常溫下兩相CO<,2>節(jié)流排放過程中發(fā)生的安全閥凍結和堵塞特性進行了實驗研究。實驗中利用針閥代替安全閥,研究了開度和閥前蒸氣干度對安全閥凍結和堵塞特性的影響；采用同心雙透明玻璃管分別模擬類似全啟式安全

3、閥、比例式安全閥和內(nèi)部被堵塞的安全閥內(nèi)流道,實現(xiàn)了閥內(nèi)流動可視化,確定了三種安全閥內(nèi)部結構條件下安全閥凍結和堵塞特性。實驗結果表明:存在一個最優(yōu)的閥開度范圍,在此范圍內(nèi)形成的固體CO<,2>不容易發(fā)生沉積和堵塞；在排放高蒸汽干度的CO<,2>時在下游管道中形成的固體CO<,2>與氣相CO<,2>摩擦產(chǎn)生靜電,產(chǎn)生的靜電隨安全閥進口蒸汽干度增加而增加,甚至會產(chǎn)生電火花；安全閥下游管路中的堵塞過程呈現(xiàn)周期性,氣液兩相流和氣固兩相流交替流過下

4、游管路。在此實驗研究的基礎上,本文利用排放過程熱力分析將實驗觀測的堵塞特性推廣到更廣泛的CO<,2>安全閥的工作范圍,同時,借助排放熱力過程和流動特點分析提出了避免CO<,2>安全閥凍結和堵塞的措施。 實驗中所觀測到的周期性堵塞過程是影響系統(tǒng)安全性能的重要因素,其周期的長短是系統(tǒng)安全性能的重要指標。為了了解在更廣泛的運行工況和結構參數(shù)范圍內(nèi)的周期性堵塞特性,需要對此建立仿真模型。本文將安全閥下游管路中周期性的堵塞過程分為固體CO