扰流柱结构对阻燃式防爆阀传热和降压性能影响的研究

发布时间：2020-07-15 18:29

【摘要】：随着海洋经济的快速发展,船舶安全问题受到越来越多的关注。国际船级社最新颁布的船舶行业标准UR M66明确规定,船舶柴油机曲轴箱必须安装具有阻燃结构的防爆阀,以减少因柴油机曲轴箱爆炸而导致的船舶火灾。本文在已有研究基础上,结合有限元仿真技术和试验验证,对防爆阀阻燃、降压的主要功能部件阻燃片上的扰流柱进行了研究。论文主要开展了如下研究工作:(1)阻燃片上扰流柱的形状和尺寸参数对阻燃通道传热和降压性能影响的研究。首先设计了矩形、圆形、菱形和六边形4种典型的扰流柱形状,和纵横比为1:1、1:1.5、1:2的3种不同的扰流柱尺寸参数。然后借助有限元仿真软件,建立了二维稳态矩形阻燃通道仿真分析模型,进行仿真计算,分析不同形状和尺寸参数的扰流柱形成的阻燃通道的温度场、速度场和压力场分布,总结出了最优的扰流柱形状和尺寸参数设计,并归纳出了设计规律。(2)扰流柱迷宫式布局的排列间隙对阻燃通道传热和降压性能影响的研究。针对纵横比为1:2的矩形扰流柱在阻燃片上的迷宫式布局,分别设计了4种不同的纵向间隙和横向间隙,对16个间隙设计方案进行仿真计算,总结出了最优的扰流柱间隙设置方案,并归纳出了设计规律。(3)扰流柱的迎风面和背风面的面形设计对阻燃通道传热和降压性能影响的研究。在上述研究基础上,创新性地提出了扰流柱的迎风面和背风面的内凹式设计。以纵横比为1:2的矩形扰流柱为基础,设计了6种典型形状的迎风面内凹式设计和3种典型形状的背风面内凹式设计,并相应设计了相同形状外凸式的迎风面和背风面设计。然后借助有限元仿真软件,建立三维稳态矩形阻燃通道仿真分析模型,对这18种方案进行仿真分析,总结出了最优的扰流柱迎风面/背风面形状设计方案,并归纳出了设计规律。(4)成果应用及爆炸试验验证。将扰流柱的形状、尺寸参数、排列间隙和迎风面、背风面的研究成果应用到FB87型防爆阀阻燃片上,设计出了3种新的阻燃片上扰流柱的结构设计。再借助有限元仿真软件,建立三维稳态阻燃式防爆阀湍流燃烧仿真分析模型,对FB87型防爆阀阻燃片的扰流柱结构和3种新的扰流柱结构设计进行仿真分析和对比分析。最后对FB87型防爆阀进行爆炸试验,验证仿真分析模型的合理性和新型扰流柱结构设计的有效性。本文的创新点在于提出了一种内凹式的扰流柱的迎风面和背风面的结构设计,进一步提高了阻燃式防爆阀的阻燃和降压性能。由于时间关系,及一些试验条件等多方面因素的限制,本文在某些方面的研究仍存在些许局限,例如阻燃片的材料、表面粗糙度等因素对防爆阀性能的影响,防爆阀的爆炸试验过程难以追踪记录等问题,都是值得未来进一步深入研究的。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U661
【图文】：

轮船,船舶,海洋经济

浙江工业大学硕士学位论文（专业型）第 1 章绪论题背景与意义年来，伴随着经济全球化，海洋经济快速发展，我国致力于开发海上丝绸运贸易量大大增加[1]。而船舶作为海洋经济的主要载体，我国船舶行业的到重视，其中船舶安全受到的关注度最高。船舶在作业、停泊、航行过程或自然的因素导致船舶失火甚至引发爆炸，从而造成船舶火灾事故。中新网消息，2013 年 9 月 1 日，舟山六横水域一艘万吨轮船失火，如图 1、消防、海监、渔政、船级社和港航六个部门，出动 11 艘救援船只和 5彻夜奋力救援，大火才被成功扑灭，仅船舶及货物的经济损失就达几百万

游轮,爆炸现场,泰国,化工轻油

) 救援现场 (b) 烧毁后的机图 1-1 万吨轮船烧毁后的现场[2]，2016 年 10 月 20 日，一艘广东籍“丰盛油头装载化工轻油过程中，发动机舱突发爆炸年 4 月 8 日，一艘游轮在泰国西南部海域起其中中国游客 16 人。大火从引擎室开始燃客们被迫穿上救生衣后跳海逃生[4]。

防爆阀

防爆阀的标准化、规范化发展迅速，有关防爆阀的专利，层出不穷同应用场合，专家学者对不同功能的防爆阀都有一定的研究，有关火焰在防爆播与淬熄，及防爆阀降压阻燃灭焰机理方面的研究更是有很多，阻燃片是防爆工作零件，阻燃片的结构设计，是国际上专家学者们的重点研究对象。防爆阀的应用领域十分广泛，专家学者针对不同的应用领域，从结构、性能、入手，研究防爆阀。随着 M66 指令的颁布，从 2008 年 7 月起，所有船舶的发须要安装带阻燃结构的防爆阀，且必须能够承受一次以上的爆炸。专业生产防oerbiger 厂家，推出了一种 EVS 型防爆安全阀，其具有双层的阻火器，能够承 2 次以上的爆炸[11]。赛特公司根据国际船级社制定的 M66 防爆阀型式认可规一种 FBD 阻燃式防爆阀，并且实验成功，安装了该防爆阀的柴油机，爆炸时焰喷出[12]。Hoerbiger 公司生产了具有灭焰、泄压功能的 EVN2.0 系列防爆阀，了 EN16009、ATEX 等认证，符合 ISO9001 体系要求。其特点为：爆炸时无火爆炸后阀门快速关闭无空气进入，预防了二次爆炸、可任意方向安装且安装方维护保养等[13]，如图 1-3 所示。

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