Spänning- och flödessimulering av en högtrycksångventil

Sammanfattning: Ventiler utgör en avgörande roll i det industriella samhället och används flitigt inom områden som säkerhet, filtrering och reglering av flöden. Säkerställandet av hållbarhet och drift av ventilen är därför ytters viktigt. Ventilen som undersöks har fyra packningsringar gjord av grafit. Grafitringarna leder till ett enklare underhåll, där tidsbesparingen vid isärplockningen av ventilen är 5 timmar jämfört med utan. Andra fördelar med grafitringarna är den starka motstånden mot höga temperaturer, rost och kemikalier. Nackdelen är dess svaga motstånd mot drag- och skjuvspänning. Syfte med studien är att få en ökad förståelse av värmebildningen över ventilen samt den medförande spänning som förekommer. En ökad förståelse av hur spänning bildas i ventilen kan leda till åtgärder som leder till minskad sprickbildning. Målen med studien är att med numeriska metoder och modeller bestämma spänningen vid tre driftfall, min, normal samt max. Spänningen vid grafitpackningen undersöks samt den maximala och minimala spänningen för hela ventilen. Ett kompletterande mål till studien är att undersöka värmeövergångstalen för simuleringar sedan jämföra dessa med empiriska ekvationer. Resultatet visade att den maximala spänningen över grafitområdet ligger på cirka 600 MPa, medan borttagningen av grafitringarna leder till en minskning på 9%. Den maximala spänningen för hela ventilen är lokaliserad på kopplingen mellan inloppet och skalet. Spänningen vid kopplingen är 6000 MPa, vilket är ett orimligt högt värde, då liknande studier visar värden på 200-600 MPa. Borttagning av grafitringarna leder inte till någon skillnad i maximalspänningen för hela ventilen. Från en spänningsaspekt kan ingen fördel med grafitringarna ses. Värmeöverföringstal från COMSOL-simuleringar, vilket använder sig av Navier-Stokes ekvationer, är markant högre vid höga tryck än värmeöverföringstal från empiriska ekvationer. Detta kan tyda på att empiriska ekvationer inte är tillämpbara för de höga tryck och temperaturer som studien undersöker.