基于动力学方程的压力容器泄放过程分析

杨铭斯

摘  要：针对压力容器泄放过程中产生具有危险性等问题，提出基于动力学方程的压力容器泄放过程分析。通过压力容器泄放过程中能量变化和能量守恒定律分析，建立了压力容器泄放过程动力学模型，并运用动力学方程对其进行求解，计算出压缩因子和绝热指数等压力容器泄放参数。经过仿真实验证明，动力学方程能精准地计算出压力容器泄放相关参数，有效地保证了压力容器泄放过程的安全性评估。

关键词：动力学方程  压力容器泄放过程  能量守恒定律  压缩因子  绝热指数

中图分类号：X933.4   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）03（b）-0043-02

压力容器是用于经过高压后的液体或气体储存的容器，高压气体或液体的物理特性参数会对泄放过程产生较大的影响。传统泄放过程由于压缩因子和绝热指数等参数计算误差大，导致在泄放过程中经常出现压力容器爆炸现象，提高了压力容器泄放过程的危险性[1]。针对以上问题，此次从压力容器泄放过程中气体的能量变化和质量守恒定律角度出发，运用动力学方程计算泄放参数，建立一个压力容器泄放过程动力学模型，为压力容器泄放提供理论指导。

1  压力容器泄放过程动力学模型

此次将压力容器看作一个排放系统，根据压力容器泄放过程中的能量变化，运用质量守恒方程和动力学方程建立压力容器泄放过程动力学模型。

1.1 泄放过程中能量变化

1.4 压力容器泄放过程

上文根据动力学分析建立了压力容器泄放过程动力学模型，其应用流程如下：根据压力容器泄放前的初始压力值、初始温度值、气体组成成分等，运用公式（6）和公式（7）分别计算出压力容器的壓缩因子和绝热指数，然后将计算结果带入到公式（3）和公式（5），得到压力容器在泄放时的温度和气体密度。运用动力学方程计算出压力容器泄放时的体内压力，并将其与泄放压力进行比较，当体内压力小于泄放压力时，说明泄放参数不合理需要返回重新计算，直到体内压力大于泄放压力时，模型计算结束。

2  压力容器泄放过程动力学模型仿真

2.1 仿真参数设置

为了证明此次建立的压力容器泄放过程动力学模型的有效性，将其与传统压力容器泄放过程模型进行一组仿真实验，验证模型对泄放参数计算的精度。表1为此次仿真实验的压力容器参数表。

为了保证实验结果的有效性，此次两个模型需要泄放的气体成分是相同的，并且是由多种成分组成。

2.2 仿真结果分析

图1为此次两种压力容器泄放过程模型仿真实验结果。

从图1可以明显看出，运用压力容器泄放过程动力学模型计算的泄放参数精准度都在80%以上，最优能达到95%，而传统模型的计算结果精准度普遍低于设计模型，实验证明了基于动力学方程的压力容器泄放过程能很好地掌握排泄中关键的参数计算。

3  结语

压力容器在泄放前必须对泄放装置的各个参数进行精准的计算，来保证泄放能安全顺利完成。基于动力学方程的压力容器泄放过程是以动力学原理和质量守恒定律为理论基础，通过动力学方程计算出压缩因子和绝热指数，安全地保证了压力容器泄放过程。

参考文献

[1] 刘宁，刘正东，何西扣，等.核压力容器用SA508Gr.4N钢加热过程中的奥氏体相变[J].金属热处理，2017，42（3）：88-92.

[2] 刘宇生，李聪新，温丽晶，等.压力容器外部冷却自然循环比例分析[J].哈尔滨工程大学学报，2017，38（2）：318-323.

[3] 刘芳，张亚培，田文喜，等.椭球形与球形下封头压力容器内熔融物滞留传热特性分析[J].原子能科学技术，2018，52（7）：56-74.