基于焦耳-汤姆逊效应的压力容器泄漏模型和数值仿真.pdfVIP

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—lO doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2015．09．OOl LeakModelandNumericalSimulationofPressureVessel BasedonJoule-ThomsonEffect AIGang，LIU Ying—hua (SchoolofAerospaceEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China) Abstract：A methodwasproposedtosimulatetheheattransferprocessofhighpressureargongasleaking throughanarrow crackwhichcausedbytheJoule—Thomsoncoolingeffect．Currently，Leak—be~re—Break (LBB)designcodesf0rpressurevesselsdonottakeintoaccountofthesubsequentlowtemperaturede— pressionandthedropinfracturetoughnessintheaftermathofaleak．A one-waycouplingmodelwasde- velopedtocalculatethepressureandtemperaturedropsofleakinggas．A heattransfersimulationthenwas perfomredtocalculatethetemperaturedistributioninthemeta1．TheRedlich-Kwong(RK)… equation witharelativelyhigh accuracywasadopted toevaluatethe gastemperaturechangeduringaleak．The modifiedPetukhovcorrelation【]byAdams[引eta1． wasemployedtoevaluatethegas heattran$fercoefficient． Fortheinitial temperatureof30℃ andpressureof91MPa．htesimulatedlowesttemperatureofthetestplate inhtevicinityof thecrackis13．8℃ ．Anexperimentrigdesing edna dtestedunderthesameconditions showedagoodageementwithhtesimulationresultattheobtainedlowesttemperatureinthetestplate． 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 第32卷第9期