Nyomáshatároló szelep dinamikus viselkedésének CFD vizsgálata
A nyomáshatároló szelepek célja egy rendszer nyomásának adott érték alatt tartása, ezzel megakadályozva a többi elemben az esetleges túlnyomásból származó károkat. Ebből adódóan a biztonság szempontjából kritikus szerepet töltenek be, így fontos, hogy minimális karbantartási igény mellett is nagy megbízhatósággal működőképesek legyenek. A dolgozatban vizsgált szelep egy csővégre rugóval előfeszített tányérból (zárótest) áll. A kialakítás előnye, hogy a rugó előfeszítésével a nyitónyomás egyszerűen beállítható, valamint a kevés mozgó alkatrész miatt a meghibásodás valószínűsége is alacsonyan tartható. Hátránya, hogy a megkövetelt gyors nyitás biztosítása érdekében bármilyen nemű csillapító tag beépítését a vonatkozó szabvány is tiltja. Ettől függetlenül azonban a közeg – jelen esetben levegő – csillapítása nem elhanyagolható. A szeleptányér mozgása tehát egy egyszabadságfokú, gyengén csillapított egytömegű gerjesztett lengőrendszerrel írható le.
A modellezés során a problémát a gerjesztés, azaz a szeleptányérra ható erő megállapítása okozza: egyrészt számolni kell a zárótest két oldalán eső nyomáskülönbséggel, valamint a kiáramló levegő lendületének megváltozásából adódó erővel is. Utóbbi jelentősen függ a szeleptányér elmozdulásától, és az ebből származó nemlinearitás adott esetben öngerjesztett lengésekhez is vezethet.
Az alábbi dolgozat első felében bemutatom egy adott szelep– és csőgeometria esetére végzett CFD szimulációimat különböző rögzített szelepelmozdulások és tartálynyomások mellett. Ezek célja az adott nyitásokhoz tartozó áramlási paraméterek megismerése, melyek hasznos bementként szolgálnak a gerjesztés modellezéséhez, valamint az ismeretükben az egyes munkapontok lineáris stabilitásvizsgálata is elvégezhető.
A dolgozatom második felében a CFD szimulációk során a rugó hatását és a zárótest mozgását is figyelembe veszem a háló deformációján keresztül. Az itt fellépő elmozdulások nagyobbak, mint amennyit a háló deformálódni képes, így a szimulációk során dinamikus újrahálózásra is szükség van. Előnye ennek a módszernek, hogy az összes, modellezés szempontjából releváns elem (tartály, csővég, szeleptányér, rugó) hatása megjelenik benne, így a rendelkezésünkre álló módszerek közül ettől várható a legnagyobb pontosság. Az elsődleges cél ebben az esetben is a stabilitás vizsgálata, azonban ez a módszer lehetővé teszi az esetleges stabilitásvesztés utáni viselkedés modellezését is. Ez abból a szempontból is fontos, mert a stabilitás csak a nagyobb szelepnyitások esetén feltétel – a kis emelkedéseknél fellépő instabilitás ugyanis jelentősen csökkentheti a nyitáshoz szükséges időt.
