压缩机管路系统气流动力学仿真及应力分析

发布时间：2017-03-16 10:05

  本文关键词：压缩机管路系统气流动力学仿真及应力分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：往复压缩机作为输送、压缩过程气体的重要设备在石油、化工、冶金、能源等领域有着非常广泛的应用。然而由于其自身结构、制造误差、安装不当等诸多原因,造成的其在运行过程中附属管网系统振动及泄漏时有发生。因此,研究往复压缩机管网的振动原因及减振方法具有着重要的意义。本文对往复压缩机气流脉动、结构共振这两个引起往管网振动的主要因素进行研究,结合有限元分析方法对管网中部分管件的气流脉动特性进行了详细分析,并结合相关理论研究成果对某化工厂装置进行了振动抑制研究,取得良好的效果。本文主要研究内容分为两个部分：第一篇：往复压缩机管路系统气流动力学仿真研究,该篇内容以一维非定长流波动方程及流体动力学CFD仿真为基础,从理论及有限元分析两个角度出发,结合实验验证,探讨了复杂管网中直管、弯头、阀门等主要管件对气流脉动特性的影响。本篇第四章,分析了压力脉动在直管中的传播特性,研究出有阻尼、无阻尼情况下直管中气流脉动传播方程。本篇第五章,分析了弯头转角半径、弯头距离压缩机距离、弯头结构形式气流脉动压力峰值的影响规律,并提出考虑弯头处气体涡流影响的气流脉动传递矩阵。同时,该章还提出了使用适当尺寸的球形弯头进行压力脉动消减的方案,对该方案进行数值模拟实验,该方案切实可行。本篇第六章,根据阀门结构形式对气流脉动的影响将阀门分为两大类,一类以蝶阀为代表,另一类以截止阀为代表,分别分析了两类阀门不同开度对气流脉动特性的影响,并归纳出两类阀门开度对压力脉动的影响曲线。第二篇：往复压缩机及其附属管网系统动力学分析及工程案例研究,该篇将波动理论与复杂管网的动力学分析相结合,对某化工厂PSA装置产品气压缩机、真空泵及其设备出入端管网进行整体分析：校核各管段的一次、二次应力;进行了各管段模态分析,并结合各管段内流场波动理论分析数据,调整管道结构刚度,使机械共振频率避开管道内的流体激振频率,提出了基于管网系统动力学特性的减振方案,整改后装置中振动明显高降低,证明改造方案切实可行。本文第一篇着重进行管道系统内气流脉动特性的机理研究,研究成果对管道系统设计、开发新的减振方法具有指导意义。第二篇以第一篇研究成果为基础,结合管道动力学分析方法,对某化工装置进行了改造并获得成功,以工程实际验证第一篇内容的有效性。
【关键词】：往复压缩机 管道振动抑制 气流脉动 流体动力学 结构动力学
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH45
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 符号说明17-19
• 第一篇 压缩机管路系统气流动力学仿真研究19-87
• 第一章 绪论19-23
• 1.1 课题来源及研究意义19-20
• 1.1.1 课题来源19
• 1.1.2 研究意义19-20
• 1.2 管道系统气流脉动研究现状20-23
• 1.2.1 国外研究现状20-21
• 1.2.2 国内研究现状21-23
• 第二章 复杂管网气流脉动特性23-29
• 2.1 压缩机气流脉动概述23-24
• 2.2 直管对往复压缩机气流脉动特性的影响24-25
• 2.3 弯头对往复压缩机气流脉动特性的影响25
• 2.4 三通对往复压缩机气流脉动特性的影响25-26
• 2.5 容器对往复压缩机气流脉动特性的影响26-27
• 2.6 阀门对往复压缩机气流脉动特性的影响27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 气流脉动数值模拟理论基础29-37
• 3.1 数值计算模型的选择29-30
• 3.1.1 有限元在流体流动分析中的应用29
• 3.1.2 CFX软件求解本文中算例的优势29-30
• 3.2 湍流模型的选择30-32
• 3.2.1 流体动力学基础30-31
• 3.2.2 常见湍流模型及其概述31-32
• 3.3 稳态及非稳态计算32-34
• 3.4 边界条件及求解器定义34-35
• 3.5 本章小结35-37
• 第四章 长直管对气流脉动的影响37-45
• 4.1 气流脉动基本假设37-40
• 4.1.1 无阻尼情况下长直管内压力脉动方程38
• 4.1.2 有阻尼情况下长直管内压力脉动方程38-40
• 4.2 计算域及边界条件40-42
• 4.2.1 计算域40-41
• 4.2.2 边界条件及计算设置41-42
• 4.3 计算结果分析42-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第五章 弯头对气流脉动的影响45-67
• 5.1 气流脉动基本假设45-47
• 5.2 计算域及边界条件47-51
• 5.2.1 计算域47-50
• 5.2.2 边界条件50-51
• 5.3 计算结果分析51-65
• 5.3.1 弯头半径对气流脉动的影响51-59
• 5.3.2 弯头位置对气流脉动的影响59-61
• 5.3.3 其他形式异形弯头对气流脉动的影响61-65
• 5.4 本章小结65-67
• 第六章 阀门对气流脉动的影响67-83
• 6.1 气流脉动基本假设67-69
• 6.2 计算域及边界条件69-72
• 6.2.1 计算域69-71
• 6.2.2 边界条件71-72
• 6.3 计算结果分析72-81
• 6.3.1 蝶阀对气流脉动的影响72-77
• 6.3.2 截止阀对气流脉动的影响77-81
• 6.4 本章小结81-83
• 第七章 总结与展望83-87
• 7.1 全文总结83-85
• 7.2 未来展望85-87
• 第二篇 往复压缩机及其附属管网系统动力学分析及工程案例87-131
• 第一章 绪论87-99
• 1.1 研究背景及意义87-88
• 1.2 国内外现状88-89
• 1.3 管道应力分析89-99
• 1.3.1 管道静力分析89-90
• 1.3.2 管道动力分析90-95
• 1.3.3 管道允许跨距95-97
• 1.3.4 管道力学分析有限元法97-99
• 第二章 往复压缩机及其附属管网系统动力学工程案例分析99-117
• 2.1 某化工厂往复压缩机及其附属管网系统振动实例99-104
• 2.1.1 现场实际情况99-100
• 2.1.2 压缩机机组情况简介100-101
• 2.1.3 测量数据及其频谱分析101-104
• 2.2 某化工厂往复压缩机及其附属管网系统应力分析104-113
• 2.2.0 某化工厂往复压缩机及其附属管网系统模型建立104-110
• 2.2.1 一次应力分析结果110-111
• 2.2.2 二次应力分析结果111-113
• 2.3 某化工厂往复压缩机及其附属管网系统动力学特性分析113-115
• 2.3.1 机组共振带113-114
• 2.3.2 管网系统固有频率及模态114-115
• 2.4 本章小结115-117
• 第三章 往复压缩机及其附属管网系统动力学工程案例振动抑制117-128
• 3.1 管网系统常用减振方法117-118
• 3.2 某化工厂往复压缩机及其附属管网系统减振方案118-122
• 3.2.1 装置声学改造118-121
• 3.2.2 装置力学改造121-122
• 3.3 改造后应力分析122-125
• 3.3.1 改造后往复压缩机及其附属管网系统模型建立122-123
• 3.3.2 改造后一次应力分析123-124
• 3.3.3 改造后二次应力分析124-125
• 3.4 改造后管系动动力学特性分析125-128
• 3.5 本章小结128
• 第四章 总结与展望128-131
• 4.1 全文总结128-129
• 4.2 未来展望129-131
• 参考文献131-135
• 致谢135-137
• 研究成果及发表的学术论文137-139
• 作者及导师简介139-140
• 附件140-141

【参考文献】

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本文编号：251609