安全阀动态特性研究的最新进展

从式（5⁃4）可以清晰地看出，安全阀的运动方程不是常规的机械动力学方程。运动件的位移会造成流场的变化，主要体现在三个方面：①流场的物理边界发生变化；②流量发生变化；③流量的变化可能会引起入口压力变化率的变化。

流场的变化将造成升力发生变化。弹簧力也随位移的变化而发生变化。总之，作用在运动件上的升力和弹簧力随着位移，在每个时刻都发生变化。因此，安全阀的动态特性问题是一个流固耦合问题。作用在运动件上的激振力来自于流场，因此在求解安全阀的运动方程时，不但要进行机械动力学计算，还要进行流场的仿真。

近几年来，国内外工程科研人员在安全阀动态特性仿真方面取得了很多进展，主要方法有两种。

第一种是数值求解安全阀的运动方程。参考文献［109］中，用Matlab建立了运动方程的数值计算模型，其中忽略了阻尼、重力和摩擦力。用CFD软件仿真得到不同开启高度下的升力系数，将升力系数随开启高度的连续动态地变化简化为若干开启高度离散点的稳态数值，用这些数值拟合出一条升力系数随开启高度变化的曲线，代入运动方程得到各时间步长下的升力。计算时人为设定一个进口压力随时间变化的函数作为方程的边界条件。(www.xing528.com)

第二种方法是采用了CFD的动网格技术仿真安全阀的动态过程，即将运动件的几何边界设定为运动边界，利用CFD软件提供的编译语言（如ANSYS CFX的CEL）建立该运动件位移的数值计算方程。参考文献［114］和［115］中分别介绍了韩国东亚大学和荷兰埃因霍温科技大学所开展的相关工作，国内的华南理工大学在这方面也取得了很多成果，最初是建立了一个二维轴对称模型，随后又完成了三维模型的仿真。

利用CFD的动网格技术开展安全阀的动态仿真工作将是今后的主要研究方法，但是需要在进口压力的定义上有所突破。目前的计算模型都是人为设定一个进口压力随时间变化的边界条件。如参考文献［115］中进口压力是恒定不变的，参考文献［112］和［113］中加载一个进口压力的瞬时阶跃。而在实际工况下，安全阀的进口压力是随系统的介质产出量和安全阀的泄放量的变化而变化的。今后模型应考虑以下问题：①将安全阀进口的容器或管道也包括在模型的计算域中；②将被保护系统的压力变化或介质产出量纳入到仿真模型中。