Методы расчета рабочих процессов и усовершенствование конструкции криогенной запорно-регулирующей арматуры пневмогидравлических систем

Разработан метод расчета рабочего процесса в криогенной арматуре, основанный на теории вычислительной гидрогазодинамики и сопряженного теплообмена. Выведена зависимость теплоты трения от пропускной способности клапана. Разработанная математическая модель позволяет определять значения тепловых потоков криогенного клапана с изоляцией разного типа и итоговое значение подводимой теплоты к криопродукту. По результатам расчета усовершенствована конструкция проточной полости прямопроходного клапана. Новая конструкция, по сравнению к исходной, имеет улучшенные технические характеристики. Пропускная способность увеличена на 56,8 %, теплота трения снижена до 1,3 Вт. Итоговое значение подводимой теплоты к криогенному продукту усовершенствованной конструкции в случае экранно-вакуумной изоляции (3,67 Вт), что на 33 % меньше, чем у исходной. По расчетным значениям тепловых потоков трехмерных моделей клапанов с изоляцией разного типа выполнено их численное сравнение.
EDN: IHBDDE, https://elibrary/ihbdde

Литература

[1] Zhu J., Zhao D., Xu L. et al. Interactions of vortices, thermal effects and cavitation in liquid hydrogen cavitating flows. Int. J. Hydrogen Energ., 2016, vol. 41, no. 1, pp. 614–631, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.10.042

[2] Peveroni L., Pinho J., Steelant J. et al. Experimental and numerical study of the flow characteristics in a cryogenic valve with liquid nitrogen and water. [8th European Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles Conf.]. Lisbon, 2015.

[3] Cao T.B., Kedziora S., Sellen S. et al. Optimization assisted redesigning a structure of a hydrogen valve: the redesign process and numerical evaluations. Int. J. Interact. Des. Manuf., 2020, vol. 14, no. 2, pp. 613–629, doi: https://doi.org/10.1007/s12008-020-00648-x

[4] Viespoli L.M., Ingebo P.I., Berto F. Ductile tearing of cryogenic valve components. Procedia Struct. Integr., 2020, vol. 26, pp. 293–298, doi: https://doi.org/10.1016/j.prostr.2020.06.037

[5] Малов Д.А., Чернышев А.В., Слободов Е.Б. Метод определения пропускной способности запорной арматуры. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2022, № 3, с. 66–75, doi: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2022-3-66-75

[6] Малов Д.А., Чернышев А.В., Слободов Е.Б. Особенности конструкции и расчета низкотемпературных клапанов. Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства. Мат. 11-й. межд. науч.-тех. конф. Омск, ОмГТУ, 2021, с. 75–77.

[7] Sotoodeh K. Cryogenic valves for liquified natural gas plants. Elsevier, Gulf Professional Publ., 2022. 368 p.

[8] Han L., Wang Y., Liu K. et al. Theoretical modeling for leakage characteristics of two-phase flow in the cryogenic labyrinth seal. Int. J. Heat Mass Transf., 2020, vol. 159, no. 3, art. 120151, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120151

[9] Ren Z., Li D., Wang H. et al. Computational model for predicting the dynamic dissolution and evolution behaviors of gases in liquids. Phys. Fluids, 2022, vol. 34, no. 10, art. 0118794, doi: https://doi.org/10.1063/5.0118794

[10] Kandula M. On the effective thermal conductivity of porous packed beds with uniform spherical particles. J. Porous Media, 2011, vol. 14, no. 10, pp. 919–926, doi: http://dx.doi.org/10.1615/JPorMedia.v14.i10.70

[11] Ren T., Wang Z. Computational fluid dynamics modelling of respirable dust and gas behaviour on a longwall face. Australian Mine Ventilation Conf., 2013, pp. 191–200.

[12] Lin Z., Li J., Jin Z. et al. Fluid dynamic analysis of liquefied natural gas flow through a cryogenic ball valve in liquefied natural gas receiving stations. Energy, 2021, vol. 226, art. 120376, doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.120376

[13] Malov D.A., Chernyshev A.V., Slobodov E.B. Numerical simulation of the cryogenic valves flow process. Применение низких температур в науке и промышленности. Межд. науч.-практ. конф. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2022, с. 10.

[14] Nakamichi K., Kihara Y. Basic study about flow characteristics of slush hydrogen in cryogenic valves. Teion Kogaku, 2007, vol. 42, no. 11, pp. 389–394, doi: http://dx.doi.org/10.2221/jcsj.42.389