CO_2安全阀及其下游管路中的堵塞特性理论和实验研究

【摘要】： 二氧化碳(CO_2)作为环保工质近年来在制冷系统中得到了越来越多的关注,在这些系统中需要安装安全阀来保障系统的超压安全。在CO_2制冷循环中CO_2是高压的超临界流体或气液混合物,其工作压力为3~16 MPa,CO_2三相点压力介于大气压力和系统工作压力之间,在通过安全阀排放的过程中可能形成固体CO_2,即干冰,导致CO_2安全阀和下游管路的冻结和堵塞。CO_2安全阀的冻结和堵塞是推广CO_2制冷系统必须解决的问题。本文对此进行了探索性研究。 为了确定安全阀和下游管路中发生冻结和堵塞的可能性及其危害,本文采用曲折管和突扩管构造了恶劣流动条件,研究了安全阀排放堵塞特性及堵塞的危害性。 本文搭建了CO_2通过安全阀排放流动实验台,对常温下两相CO_2节流排放过程中发生的安全阀冻结和堵塞特性进行了实验研究。实验中利用针阀代替安全阀,研究了开度和阀前蒸气干度对安全阀冻结和堵塞特性的影响;采用同心双透明玻璃管分别模拟类似全启式安全阀、比例式安全阀和内部被堵塞的安全阀内流道,实现了阀内流动可视化,确定了三种安全阀内部结构条件下安全阀冻结和堵塞特性。实验结果表明:存在一个最优的阀开度范围,在此范围内形成的固体CO_2不容易发生沉积和堵塞;在排放高蒸汽干度的CO_2时在下游管道中形成的固体CO_2与气相CO_2摩擦产生静电,产生的静电随安全阀进口蒸汽干度增加而增加,甚至会产生电火花;安全阀下游管路中的堵塞过程呈现周期性,气液两相流和气固两相流交替流过下游管路。在此实验研究的基础上,本文利用排放过程热力分析将实验观测的堵塞特性推广到更广泛的CO_2安全阀的工作