基于焦耳-汤姆逊效应的压力容器泄漏模型和数值仿真.pdf

《基于焦耳-汤姆逊效应的压力容器泄漏模型和数值仿真.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于焦耳一汤姆逊效应的压力容器泄漏模型和数值仿真艾刚，刘应华(清华大学航天航空学院，北京100084)摘要：提出了一种方法用来模拟在狭窄的裂纹中泄漏的高压氩气所发生的焦耳一汤姆逊效应引起的热传递过程。当前，压力容器的破前漏设计规范并没有考虑泄漏过程中此效应所导致的低温以及伴随的金属断裂韧性的退化。提出了一种单向耦合的模型来计算气体在泄漏中的压强和温度的降低，进而模拟出金属的温度变化；选择了准确度比较高的雷德利希一邝氏状态方程⋯来评估气体在泄漏过程中的温度；采用由Adams等改进的Petukhov关系式来评估气体的传热系数。对于起始温度30℃和压强91MPa，模拟得

2、到的测试板上裂纹周围的最低温度为13．8℃。设计了一个试验装置并在相同条件下进行测试得到的测试板上的最低温度与模拟得到的结果很好的吻合。关键词：压力容器；裂纹；泄漏；焦耳一汤姆逊效应；传热模拟中图分类号：TH49；TGll5；TBll5．2文献标志码：A文章编号：tO01—4837(2ot5)09一OOOl—lOdoi：10．3969／j．issn．1001—4837．2015．09．OOlLeakModelandNumericalSimulationofPressureVesselBasedonJoule-ThomsonEffectAIGang，LIUYing—

3、hua(SchoolofAerospaceEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：AmethodwasproposedtosimulatetheheattransferprocessofhighpressureargongasleakingthroughanarrowcrackwhichcausedbytheJoule—Thomsoncoolingefect．Currently，Leak—be~re—Break(LBB)designcodesf0rpressurevesselsdono

4、ttakeintoaccountofthesubsequentlowtemperaturede—pressionandthedropinfracturetoughnessintheaftermathofaleak．Aone-waycouplingmodelwasde-velopedtocalculatethepressureandtemperaturedropsofleakinggas．Aheattransfersimulationthenwasperformedtocalculatethetemperaturedistributioninthemeta1．The

5、Redlich-Kwong(RK)⋯equationwitharelativelyhighaccuracywasadoptedtoevaluatethegastemperaturechangeduringaleak．ThemodifiedPetukhovcorrelation【]byAdams[引eta1．wasemployedtoevaluatethegasheattran$fercoeficient．Fortheinitialtemperatureof30℃andpressureof91MPa．thesimulatedlowesttemperatureofth

6、etestplateinthevicinityofthecrackis13．8℃．Anexperimentrigdesignedandtestedunderthesameconditionsshowedagoodageementwiththesimulationresultattheobtainedlowesttemperatureinthetestplate．Keywords：pressurevessel；crack；leakage；Joule-Thomsoneffect；heattransfersimulation基金项目：国家杰出青年科学基金资助项目(113

7、25211)第32卷第9期压力容器总第274期中间有一个由液氮冷却方法加工的逼真的人体在裂纹中压力损失的计算；然后，采用迭代的工裂纹(如图2所示)的测试板被夹在压力容器MATLAB代码计算由JT效应引起的泄漏气体的的上下法兰中间，并且用12个螺栓加以紧固。测温度和传热系数的变化；最后，利用COMSOL多试板上热电偶的固定位置如图3所示。在焦耳场物理耦合软件进行泄漏气体和裂纹之间的热传一汤姆逊试验中，打开阀门后，气瓶中的高压气体递数值模拟。由于发生JT效应的泄漏气体的快进入压力容器然后从测试板上的裂纹中泄漏出速流动将周围金属的热量迅速带走，因此，本文仅来。裂纹附近的

8、温度和压力