亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        高壓氣瓶快速放氣的動(dòng)態(tài)特性研究

        2022-08-10 03:49:28超*
        化工裝備技術(shù) 2022年3期
        關(guān)鍵詞:閥門

        齊 超*

        (西安航天動(dòng)力研究所)

        0 前言

        高壓氣瓶的快速放氣過程廣泛存在于能源、化工、航天等領(lǐng)域[1-4]。在高壓氫氣儲(chǔ)運(yùn)過程中,高壓氣瓶?jī)?nèi)氫氣的快速充放過程對(duì)系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著重要的影響。在火箭和航天飛行器的冷氣分離系統(tǒng)中,高壓氣體往往儲(chǔ)存在高壓氣瓶中,當(dāng)氣體工作時(shí),需先打開閥門,高壓氣體快速排放到低壓容腔內(nèi),為分離提供驅(qū)動(dòng)力;高壓氣瓶的放氣速率對(duì)分離系統(tǒng)的安全性和可靠性有著重要影響。

        高壓氣瓶快速放氣過程中的動(dòng)態(tài)特性,特別是低壓容腔和高壓氣瓶?jī)?nèi)的壓力變化情況是上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。而高壓氣瓶的快速放氣過程為非線性問題,傳統(tǒng)的理論分析和數(shù)值模擬均有一定的局限性[5-7]。本文對(duì)高壓氣瓶快速放氣過程進(jìn)行了分析,基于物理過程進(jìn)行了部分簡(jiǎn)化,建立了理論模型,推導(dǎo)了放氣過程中高壓氣瓶和低壓容腔內(nèi)的壓力變化情況;同時(shí)開展了驗(yàn)證試驗(yàn),對(duì)理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證。最后基于理論模型對(duì)高壓氣瓶快速放氣的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析。

        1 理論模型

        高壓氣瓶快速放氣系統(tǒng)如圖1 所示,高壓氣瓶中預(yù)先充入高壓氣體,低壓容腔內(nèi)為真空或常壓狀態(tài),兩者通過管路連接,當(dāng)控制系統(tǒng)下發(fā)放氣指令時(shí),連接管路上的閥門打開,高壓氣體通過管路快速填充到低壓容腔中,完成放氣過程。放氣過程中高壓氣瓶?jī)?nèi)的氣體溫度、壓力、密度分別為T1、p1、ρ1;低壓容腔內(nèi)的氣體溫度、壓力、密度分別為T2、p2、ρ2;高壓氣瓶容積為V1,低壓容腔容積為V2。

        高壓氣瓶和低壓容腔內(nèi)的溫度、壓力、密度等參數(shù)均隨時(shí)間變化,給定閥門打開時(shí)刻為0 s。已知初始狀態(tài)的各項(xiàng)參數(shù),包括高壓氣瓶初始溫度T1(0)、高壓氣瓶初始?jí)毫1(0)、高壓氣瓶?jī)?nèi)氣體初始密度ρ1(0)和低壓容腔初始溫度T2(0)、低壓容腔初始?jí)毫2(0)、低壓容腔內(nèi)氣體初始密度ρ2(0)。

        圖1 高壓氣瓶快速放氣系統(tǒng)示意圖

        由連續(xù)方程可知,在放氣過程中,高壓氣瓶與低壓容腔內(nèi)氣體的質(zhì)量總量保持恒定(由于管路容積很小,可忽略管路中的氣體質(zhì)量),即:

        式中:t——時(shí)間;

        ρ1(t)——高壓氣瓶?jī)?nèi)氣體密度;

        ρ2(t)——低壓容腔內(nèi)氣體密度。

        放氣過程中將氣體按照理想氣體進(jìn)行處理,即:

        式中:p——?dú)怏w壓力;

        ρ——?dú)怏w密度;

        Rg——?dú)怏w常數(shù);

        T——?dú)怏w溫度。

        將式(2)代入式(1)中,得:

        忽略放氣過程中的氣體溫度變化,即放氣前后高壓氣瓶和低壓容腔內(nèi)的氣體溫度保持一致,即T1(t)=T2(t)=T,則:

        式中:p1(0)、p2(0)、V1、V2——均為常數(shù)。

        因此,式(4)可簡(jiǎn)化為:

        式中:A、B——均為正常數(shù)。

        高壓氣瓶向低壓容腔的放氣過程是由兩側(cè)壓差驅(qū)動(dòng)的,假設(shè)管路系統(tǒng)(包括閥門等)的流動(dòng)系數(shù)為ξ,則:

        式中:m2(t)——低壓容腔內(nèi)氣體的質(zhì)量。

        由于快速放氣過程中的時(shí)間很短,壓差變化非常大,因此假設(shè)流動(dòng)系數(shù)在放氣過程中的變化可以忽略,即流動(dòng)系數(shù)ξ為常數(shù)。由理想氣體狀態(tài)方程可知:

        將式(7)和式(5)代入式(6)可得:

        整理后可得:

        解微分方程式(9)后可得:

        式中:C——正常數(shù)。

        式(10)可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為:

        式中:D1、D2、D3——均為正常數(shù)。

        結(jié)合初值條件,各項(xiàng)系數(shù)分別表示如下:

        結(jié)合式(5)、式(11)和式(12)可以進(jìn)一步推導(dǎo)出高壓氣瓶?jī)?nèi)的壓力變化情況。

        2 試驗(yàn)驗(yàn)證

        為了分析高壓氣瓶快速放氣過程的動(dòng)態(tài)特性,開展了以氮?dú)鉃榻橘|(zhì)的放氣試驗(yàn),試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2 所示。試驗(yàn)系統(tǒng)主要由氣源、高壓氣瓶、低壓容腔、系統(tǒng)管路、閥門、壓力、溫度傳感器及數(shù)據(jù)采集設(shè)備等構(gòu)成。

        2 臺(tái)壓力傳感器分別用于測(cè)量高壓氣瓶?jī)?nèi)壓力和低壓容腔內(nèi)壓力,量程分別為0~30 MPa 和0~0.4 MPa,精度均為0.5%;溫度傳感器用來測(cè)量氣瓶表面、容腔內(nèi)部和表面溫度,溫度傳感器均為T 型熱電偶,熱電偶的測(cè)溫范圍為-50~100 ℃,精度為1%。

        圖2 試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

        試驗(yàn)過程如下:(1)通過高壓氣源向高壓氣瓶?jī)?nèi)充氣至要求值p1(0),待氣瓶?jī)?nèi)壓力穩(wěn)定后再補(bǔ)氣至p1(0);(2)通過高壓電磁閥打開高壓氣瓶與低壓容腔間的管路,開始快速放氣試驗(yàn);(3)在試驗(yàn)過程中采集并記錄溫度、壓力相關(guān)數(shù)據(jù),待系統(tǒng)壓力穩(wěn)定后結(jié)束試驗(yàn)。

        圖3 所示為低壓容腔內(nèi)壓力在高壓氣瓶快速放氣過程的變化。低壓容腔內(nèi)初始?jí)毫楫?dāng)?shù)卮髿鈮海?.094 MPa);高壓電磁閥打開后,高壓氣瓶?jī)?nèi)的氣體快速充入低壓容腔,腔內(nèi)壓力迅速提高,當(dāng)閥門打開時(shí)間達(dá)到3 s 左右時(shí),腔內(nèi)壓力基本穩(wěn)定,此時(shí)高壓氣瓶與低壓腔內(nèi)壓力基本相等,不再有氣體流入和流出。

        圖3 低壓容腔內(nèi)壓力變化

        試驗(yàn)的各項(xiàng)參數(shù)見表1。結(jié)合表1 可以計(jì)算得到式(11)中的各項(xiàng)系數(shù),其中D1、D2可以通過初始參數(shù)和容積比直接計(jì)算,D3中的流量系數(shù)ξ可以通過試驗(yàn)前后參數(shù)來計(jì)算平均值;上述3 個(gè)系數(shù)確定之后就得到了低壓容腔內(nèi)的壓力隨時(shí)間變化函數(shù):

        表1 試驗(yàn)參數(shù)

        低壓容腔壓力變化的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比情況如圖4 所示。從圖4 可以看出,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的吻合較好,平均偏差為0.8%。驗(yàn)證了理論模型的準(zhǔn)確性和簡(jiǎn)化假設(shè)的合理性。

        圖4 計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

        3 動(dòng)態(tài)特性分析

        低壓容腔內(nèi)的壓力變化如式(11)~式(12)所示。方程中的常數(shù)D1和D2僅與高壓氣瓶和低壓容腔的容積、初始狀態(tài)有關(guān);系數(shù)D3還與系統(tǒng)的流量系數(shù),即系統(tǒng)流阻(由管路、閥門以及接口的具體結(jié)構(gòu)決定)相關(guān)。

        從方程結(jié)構(gòu)和物理過程分析可知,放氣過程為典型的慣性過程,隨著時(shí)間的推移,高壓氣瓶?jī)?nèi)壓力迅速降低、低壓容腔內(nèi)的壓力逐漸提高,兩容器間壓差即驅(qū)動(dòng)力逐漸減小,因此低壓容腔內(nèi)的壓力增長(zhǎng)迅速放緩,最終穩(wěn)定在平衡狀態(tài),即:

        通過式(11)可以看出,當(dāng)D1增大、D2減小、D3增大時(shí),相同閥門打開一定時(shí)間時(shí),低壓容腔壓力提高,即放氣速率提高;結(jié)合式(12)分析,當(dāng)初始參數(shù)確定時(shí),提高流動(dòng)系數(shù)ξ,即減小系統(tǒng)流阻(增加管路直徑、減小閥門節(jié)流等)能夠顯著提高放氣速率。另一方面,可以結(jié)合系統(tǒng)要求,通過在連接管路設(shè)置減壓閥、節(jié)流圈等方式來控制放氣速率。

        4 結(jié)論

        本文針對(duì)高壓氣瓶快速放氣過程,基于實(shí)際物理過程和部分簡(jiǎn)化條件建立了理論模型,推導(dǎo)了高壓氣瓶和低壓容腔內(nèi)壓力變化方程;理論模型計(jì)算結(jié)果與驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,平均偏差為0.8%。低壓容腔的壓力變化呈現(xiàn)出慣性環(huán)節(jié)特征,閥門打開時(shí)容腔內(nèi)壓力迅速提高,隨著時(shí)間增加,壓力增長(zhǎng)逐漸放緩最終趨于平衡壓力。系統(tǒng)流動(dòng)系數(shù)對(duì)系統(tǒng)壓力、放氣速率存在顯著影響,當(dāng)系統(tǒng)管路直徑增大、閥門節(jié)流減小時(shí),系統(tǒng)流阻減小,流動(dòng)系數(shù)提高,系統(tǒng)的放氣速率顯著提高。

        猜你喜歡
        閥門
        英國(guó)FLYGER弗萊戈閥門有限公司
        美嘉諾閥門(大連)有限公司
        上海一核閥門股份有限公司
        蓋米閥門(中國(guó))有限公司
        安策閥門(太倉(cāng))有限公司
        上海一核閥門股份有限公司
        上海一核閥門股份有限公司
        VANESSA始終引領(lǐng)三偏心閥門的未來發(fā)展
        裝配式玻璃鋼閥門井的研發(fā)及應(yīng)用
        煤氣與熱力(2021年3期)2021-06-09 06:16:18
        核電站閥門緊急采購(gòu)系統(tǒng)的構(gòu)建
        国产伦理自拍视频在线观看| 国产成人精品综合在线观看| 国产精品天天狠天天看| 娇柔白嫩呻吟人妻尤物| 国产理论亚洲天堂av| 中文字幕无码成人片| 国产熟人av一二三区| 久久精品亚洲中文无东京热| 区二区三区亚洲精品无| 美女露出自己的性感大胸一尤内衣 | AV无码一区二区三区国产| 国产在线精彩自拍视频| 日本道色综合久久影院| 国产熟女露脸大叫高潮| 亚洲五月激情综合图片区| 免费av在线 国产精品| 国产精品女同久久久久电影院| 越南女子杂交内射bbwxz| 午夜福利视频男同女同| 亚洲禁区一区二区三区天美| 亚洲女同一区二区| 一个人看的www免费视频中文| 亚洲青青草视频在线播放| 亚洲一区二区三区高清在线观看| 爆乳熟妇一区二区三区霸乳 | 欧美大屁股xxxx| 久久无码高潮喷水免费看| 日产一区一区三区区别| 亚洲国产精品无码av| 日韩精品一区二区亚洲av| 亚洲人成网站在线播放小说| 日韩一区二区三区久久精品| 亚洲精品无人区| 人妻AV无码一区二区三区奥田咲| av大片网站在线观看| 亚洲av中文无码乱人伦在线视色| 国产精品亚洲综合色区韩国| 亚洲红杏AV无码专区首页| 日本黑人亚洲一区二区| 天天天天躁天天爱天天碰| 免费一级黄色大片久久久|