储气罐表面温度分布分析

?必威动态 ????|???? ?2019-07-04 12:30

   通过对一典型结构汽车消声器进行建模,根据流场计算特点划分网格,利用AN
App对其排气流场及温度场进行数值模拟研究,通过对储气罐表面的温度进行分析,分析得出结论:设计消声器时必须考虑高温对周围相关零件的影响,且在满足消声器性能的前提下尽量减少温度场对储气罐橡胶件的影响。
 消声器;流场;温度场;储气罐;橡胶软垫;分气缸
1 已知条件:
1.1
消音器出气口的最高排气温度为250℃;
1.2
消音器出气口中心至地面的距离为695mm;
1.3
消音器出气口中心至储气罐的最小距离为80mm。
2 边界条件:
2.1
消音器出气口的排气流量(单位:立方米每秒)进口条件,流量为1.4kg/s,排气温度为250℃;
2.2
地面和储气罐为壁面条件;
2.3
其余流体边界为压力出口条件,压力为大气压,温度为常温22℃;
3 求解目标:
3.1
排气流场分布;
3.2
排气温度场分布;
3.3
储气罐表面的温度(temperature)场分布。分气缸锅炉的主要配套设备,用于把锅炉运行时所产生的蒸汽分配到各路管道中去,分汽缸系承压设备,属压力容器,其承压能力,容量应与配套锅炉相对应。分汽缸主要受压元件为:封头,壳体材料等。
4 计算结果
从消音器出气口排出的气体温度(temperature)较高,约为250℃,流速较快,温度较高的气体迅速喷向地面,而温度逐渐降低,对地面产生一个高温区。而储气罐周围的空气主要收到高温排气的辐射作用而产生升温。储气罐受到到高温排气和周围空气的辐射作用产生一个高温区。
储气罐(gas container)的高温区主要集中在消音器出气口附近,这是由于此处的排气温度(temperature)较高,对储气罐的热辐射作用较强,所以温度最高,最高温度为74.3℃。以最高温度点为中心,储气罐表面的温度场向周围呈降温趋势,在储气罐的上端几乎与常温保持一致,而下端温度高于上端,在35℃至50℃之间。而根据储气罐的安装要求,储气罐的固定软垫附近的温度应小于60℃,因为高温会降低软垫的寿命,而软垫的位置(position )正好位于储气罐的高温区,所以应该改进方案,降低软垫周围的环境温度。
5 改进方案
5.1
方案一
储气罐后移25mm,其他条件不变。该套方案是为了使储气罐远离高温排气。
减少辐射传热,从而降低表面温度(temperature)。由储气罐周围温度场分布图和储气罐表面温度场分布图可知,储气罐移动25mm
之后,储气罐(gas container)表面的温度分布情况变化不大,但是最高温度有所下降,由原来的74.3℃减低为65.1℃,降低(reduce)了9.2℃。在一定程度上达到降低软垫周围温度的目的,但是该温度仍不利于软垫的使用周期,所以该套方案不是最佳方案。
5.2
方案二
排气尾管出气口朝下,直吹地面,其余条件不变。该套方案是为了改变排气
出气方向,因为出气口附近的排气温度仍然较高,对储气罐的辐射传热较多。
所以改变排气的出气方向,可以降低高温排气对储气罐的热辐射作用。不锈钢储罐按用途分类:可分为酿酒类不锈钢罐,食品类不锈钢罐,制药类不锈钢罐,乳业类不锈钢罐,化工类不锈钢罐,石油类不锈钢罐,建材类不锈钢罐,电力类不锈钢罐,冶金类不锈钢罐.由图储气罐周围温度场分布图和储气罐表面温度场分布图可知,改变排气尾管的排气口方向之后,排气的流向发生了变化,但是储气罐表面的温度分布情况变化不大,但是最高温度由原来的74.3℃升高到95.5℃,所以该方案不可行。
5.3
方案三
由于前面二套方案都不是特别理想,没能达到降低储气罐(gas container)周围空气温度的目
,所以方案四在排气尾管和储气罐之间增设一个隔热板,以阻止高温排气对储
气罐的热辐射,达到降温的效果。分气缸锅炉的主要配套设备,用于把锅炉运行时所产生的蒸汽分配到各路管道中去,分汽缸系承压设备,属压力容器,其承压能力,容量应与配套锅炉相对应。分汽缸主要受压元件为:封头,壳体材料等。根据改进后的分析图可知,增设隔热板之后,储气罐(gas container)周围的空间明显降低,而且高温区的位置由原来的第一储气罐前端转移到第二储气罐的下端,这是由于隔热板将高温排气与储气罐分隔开来,有效的降低了热辐射对储气罐的作用,使其表面温度发生较大的改变,最高温度由原来的74.3℃降低到48.8℃。储气罐周围温度低于60°;该温度满足设计要求,有效地提高储气罐软垫的使用寿命,所以该套方案可行。
6 总结
针对储气罐受到高温排气的热辐射影响,高温不利于储气罐软垫的使用寿
命,所以提出四套改进方案,其分析结果对比。样,才能保证其实际能效得以全面发挥。
4.2
节流阀选择
化工管道如果内部温度较低、压力较大,择取节流阀可以有效调节管道的流量以及压力,但节流阀对介质粘性要求较低,因此介质内部不能存在颗粒状物质,除此之外,节流阀密封性相对较差,不能将其作为化工管道设计的隔断阀。
4.3
旋塞阀(原理:用带通孔的塞体作为启闭件的阀门)选择
如果化工管道,或是装置需要在极短时间内实现全面封闭、启动,便可以应
用旋塞阀。旋塞阀对介质的粘性要求较高,介质内部可以含有颗粒物质,但要避
免出现温度过高的情况,因此,该阀门不支撑输送蒸汽物质。
4.4
截止阀选择
如果化工管道,或是装置内部的温度较高,而且不用考虑压力损失(loss)情况,此
时,相关人员可以择取截止阀(别名截门阀),因为其不仅可以发挥出小型阀门(作用:控制部件)的应用能效,还支撑蒸汽运输、一般情况下,截止阀适用的化工控制环境,多为直径不超过200mm
化工管道,在直径相对较小的化工管道中,截止阀可以有效调节、控制(control)管道内的流量(单位:立方米每秒)以及压力,应用效果显著。但是,截止阀并不支撑低真空化工控制环境,因此,相关人员并不能将其充当放空阀进行应用。除此之外,如果化工管道内部物质存在黏性较大的特点,或是处于悬浮状态,也不能应用截止阀。
4.5
隔膜阀
隔膜阀的结构形式与一般阀门不同,它是依靠柔软的橡胶模或塑料膜来控制流体运动。隔膜阀流体阻力小、可以双向密封,适用于低压、有腐蚀性的浆液或悬浮黏性流体介质。并且由于操作机构和介质通道隔开,依靠弹性隔膜切断流体,特别适用于食品和医药卫生工业中的介质。隔膜阀使用温度取决于隔膜材料的耐温性能。从结构上可分为直通式和堰式。隔膜阀的应用:适用于温度小于200℃、压力小于1.0MPa
油品、水、酸性介质和悬浮物的介质,不适用于有机溶剂和强氧化(oxidation)剂的介质。
5 结论
综上所述,常用的阀门的选型在工程设计学上非常的讲究,同时这个问题也非常的重要,只有熟练掌握阀门的特点和用途,才能在设计中给管道系统选择合适的阀门,提高化工设计过程的工作效率,减少错误率的发生。