該文采用瞬態模擬方法對開啟過程的穩態泄放流動機理進行了研究，采用路徑分析法和流線分析法研究了內部和外部泄放流道中流場參數的變化特點，對比了模型的相關參數在典型路徑上的變化關系。分析了流動的跨音速發展和演化情況，進而說明了安全閥與傳統噴管在超音速機理方面的異同。同時分析發現喉部并未如傳統理論預期出現超音速流，而傳統認為不會出現超音速流的閥口流場附近區域(密封面)和反沖盤出口卻出現了全面超音速流。利用所開發的實驗裝置對開啟過程參數進行了驗證測試。模擬結果與測試數據的對比表明，三維瞬態模擬和實驗數據非常吻合。

　　安全閥在超壓開啟過程中，泄放流道中流態變化一直是人們關注的重點。前人關于這方面的研究大多基于實驗實測和軟件模擬兩個方面。試驗研究一般集中在安全閥性能參數測定等方面。康德拉契娃主要采用實驗技術研究了全啟式安全閥的開啟機理，提出了基于實驗的開高-升力-彈簧力曲線。美國學者Sallet采用了流量實驗、流場顯形、流場測量等方法來探討安全閥的工作機理。邱曉來用實驗測試了安全閥開啟高度與排量系數之間的關系。O.Frommann和J.Cremers研究了泄放過程中的頻跳及振蕩，提出了修正的壓力波動尺度算法。王澤清通過

　　試驗測定升力，整理得到了低和高背壓下微啟式彈簧安全閥升力曲線。周國發認為由于閥瓣流阻導致安全閥一般在亞臨界狀態工作。安全閥數值模擬研究一般是對安全閥流動區域建模，通過計算得出流場參數分布。目前有兩種模擬和試驗方法，一種是固定開高模擬和試驗，另一種是瞬態開啟模擬與試驗。固定開高模擬的特點是將安全閥的閥芯固定到某個開啟高度，使密封面內外流域連通，然后離散流域進行流場分析，其試驗也遵循同一方式。瞬態模擬則不固定開高，利用動網格技術和瞬態動力學方程(CEL編程)來實現動態開啟模擬，其試驗也采用瞬態開啟方式。這兩種方法最重要的區別在于，瞬態分析和試驗法充分考慮了開啟過程的動態特性，尤其運動件和流體的慣性耦合效應。而固定開高模擬和試驗法則忽略了開啟過程中流體及開啟部件慣性效應。BernhardFollmer在API標準系列安全閥參數評估研究中，利用3D模型固定開高方法計算可壓縮流動，并將計算結果與試驗數據進行了比較，結果很吻合。陳殿京采用固定開高法對兩種湍流模型開啟過程的3D穩態流場和特性進行了研究。駱輝采用CFX軟件研究了3D安全閥模型在固定開高下的穩態流場及結構參數對穩態升力的影響。SongX.G利用3D模型的固定開高法，擬合了升力系數隨開啟高度變化的關系式。梁寒雨率先采用2D對稱模型研究了安全閥瞬態開啟過程閥口流場的數值求解技術，并進行了試驗驗證。

　　SongX.G采用3D模型瞬態模擬了安全閥開啟過程中壓力、馬赫數隨時間變化，但沒有試驗驗證。羅輝東和張清懿用2D瞬態模擬方法和試驗分別對安全閥瞬態開啟過程反沖效應和流量檢測方法加以研究。朱壽林采用3D瞬態模型，利用路徑分析法，研究了瞬態開啟流場相關參數在典型路徑上的變化規律，并進行了對比驗證。戴芳芳研究了瞬態開啟過程中3D模型反沖效應機理及其計算，并完成試驗驗證。

　　從安全閥的結構及動作特性看，一般認為其流場參數的變化規律類似于噴管流動。然而，嚴格來說安全閥的實際結構和動作過程和噴管有所差別。本文以專利技術為基礎，結合近年來的研究進展，采用動網格技術結合動態數據采集系統對超壓開啟流場機理開展研究，并進行瞬態開啟試驗驗證。

1、三維數值模擬

　　1.1、建立幾何模型

　　采用CFX的流固耦合方法建立流體域的計算模型，通過Pro/E給出三維1/2模型，如圖1所示。

圖1 三維簡化模型

結論

　　本文采用CFX動網格技術對3D模型的瞬態開啟過程進行了模擬分析和試驗驗證，通過路徑和流線分析研究了三維流場參數的變化規律，得到如下結論：

　　(1)研究發現，在穩定排放階段，安全閥喉部截面除了流道邊緣進入超音速狀態之外，流道截面大部分氣體處于亞音速流態，并不像噴管理論預測的那樣整個喉部截面完全進入超音速流動。

　　(2)研究發現，安全閥密封面流道附近和反沖盤出口流道附近存在著強烈的超音速流動。數據分析表明，穩態開啟過程中，整個密封面流道進入了全面超音速狀態，這與傳統觀點的預計完全不同。而反沖盤出口位置只是部分出現超臨界狀態。

　　(3)數據分析表明，安全閥開啟過程中，密封面(閥口)內外的氣體參數存在突變。氣體密度突變導致出口氣體劇烈膨脹，造成動壓突變、速度劇增。

　　(4)瞬態開啟過程模擬結果與瞬態開啟試驗結果十分吻合，進一步證明瞬態過程模擬結果的正確性。