蝶阀与多板阀的内部流场数值模拟及结构静力分析
发布时间：2020-11-05 19:26
蝶阀越来越广泛应用于各种各样的工业流程中的流体控制。蝶阀具有结构紧凑、价格低廉、流体阻力和操作力矩小的优点。本文根据某太阳能电池制造设备配套冷热通风系统的气流控制工况需求,基于蝶阀结构研发了具有线性流量特性的矩形多阀板式气流控制阀(简称：多板阀)。 本文以ANSYS Workbench为分析平台,采用其专业流体分析软件CFX模块对蝶阀和多板阀的流场进行数值模拟计算,获得阀门在不同开度下流道内详细的三维流场参数分布。通过对模拟试验结果的分析,得到阀门的流动特性,如流量系数、流阻系数、气动力矩系数等,并将蝶阀的模拟值与经验值进行比较,验证了数值模拟研究的可靠性和有效性。本文还提出了利用ANSYS Workbench便捷的数据传输功能实现流固耦合场分析的方法,即把第一次场分析结果作为第二次场分析的载荷来实现两场的耦合分析。利用该方法,本文完成了对蝶阀蝶板的拓扑优化和对改进后的蝶板及多板阀阀板的结构静力分析。 通过对蝶阀的流量特性曲线、流阻特性曲线和气动力矩系数曲线的分析,本文得如蝶阀的流量特性呈等百分比特性；流阻系数随蝶阀关闭角度的增大呈指数增长：气动力矩系数Ca的最大值发生在蝶阀开启80°左右。改进后的蝶阀在全开时流阻系数由原来的0.58降到0.39,且在结构安生性能上也达到要求。多板阀的流量特性呈现线性特性；流阻系数在开启时急剧降低。本文还分析了多板阀的力矩,并给出选择执行器的建议
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TQ055.81;TH134
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪言
1.1 蝶阀
1.2 国内外阀门研究情况
1.2.1 国外阀门研究情况
1.2.2 国内阀门行业的现状及发展趋势
1.2.3 蝶阀的研究近况
1.3 论文的研究目标及内容
第2章 控制阀的流量特性及数值分析理论
2.1 控制阀的流量特性
2.1.1 控制阀的流量计算
2.1.2 流量系数
2.1.3 控制阀的流量特性
2.1.4 线性流量特性
2.2 计算流体力学概述
2.3 控制阀数值分析的控制方程组
2.3.1 连续性方程
2.3.2 动量守恒方程
2.3.3 能量守恒方程
2.3.4 状态方程
2.4 控制方程的离散化
2.4.1 离散化的目的
2.4.2 离散时所使用的网格
2.4.3 常用的离散化方法
2.5 湍流模型
2.5.1 湍流数值计算方法的分类
2.5.2 标准k-ε模型
2.6 CFD求解过程及软件
2.6.1 CFD的求解过程
2.6.2 CFD软件结构
2.7 ANSYS Workbench简介
第3章 蝶阀内部流场数值模拟
3.1 前言
3.2 蝶阀的流场分析
3.2.1 流场数值分析的主要步骤
3.2.2 基本模型
3.2.3 网格划分
3.2.4 物理定义及求解
3.2.5 流场计算结果的可视化
3.3 蝶阀的流动特性
3.3.1 流量系数
3.3.2 流阻系数
3.3.3 气动力矩系数
3.4 蝶板改进方案
3.4.1 拓扑优化理论
3.4.2 建立模型及定义拓扑优化参数
3.4.3 蝶板改进结果分析
3.5 本章小结
第4章 矩形多阀板式气流控制阀的开发研究
4.1 前言
4.2 矩形多阀板式气流控制阀的设计研究
4.3 流场分析
4.3.1 模型的建立和网格化分
4.3.2 流场的数值模拟
4.3.3 数值模拟结果的可视化
4.4 流场特性
4.4.1 流量系数
4.4.2 阻力系数
4.5 阀板的静力分析
4.6 阀门的传动机构及气动力矩分析
4.6.1 传动机构
4.6.2 气动力矩分析以及执行器的选择
4.7 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
【相似文献】
本文编号：2872078
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TQ055.81;TH134
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪言
1.1 蝶阀
1.2 国内外阀门研究情况
1.2.1 国外阀门研究情况
1.2.2 国内阀门行业的现状及发展趋势
1.2.3 蝶阀的研究近况
1.3 论文的研究目标及内容
第2章 控制阀的流量特性及数值分析理论
2.1 控制阀的流量特性
2.1.1 控制阀的流量计算
2.1.2 流量系数
2.1.3 控制阀的流量特性
2.1.4 线性流量特性
2.2 计算流体力学概述
2.3 控制阀数值分析的控制方程组
2.3.1 连续性方程
2.3.2 动量守恒方程
2.3.3 能量守恒方程
2.3.4 状态方程
2.4 控制方程的离散化
2.4.1 离散化的目的
2.4.2 离散时所使用的网格
2.4.3 常用的离散化方法
2.5 湍流模型
2.5.1 湍流数值计算方法的分类
2.5.2 标准k-ε模型
2.6 CFD求解过程及软件
2.6.1 CFD的求解过程
2.6.2 CFD软件结构
2.7 ANSYS Workbench简介
第3章 蝶阀内部流场数值模拟
3.1 前言
3.2 蝶阀的流场分析
3.2.1 流场数值分析的主要步骤
3.2.2 基本模型
3.2.3 网格划分
3.2.4 物理定义及求解
3.2.5 流场计算结果的可视化
3.3 蝶阀的流动特性
3.3.1 流量系数
3.3.2 流阻系数
3.3.3 气动力矩系数
3.4 蝶板改进方案
3.4.1 拓扑优化理论
3.4.2 建立模型及定义拓扑优化参数
3.4.3 蝶板改进结果分析
3.5 本章小结
第4章 矩形多阀板式气流控制阀的开发研究
4.1 前言
4.2 矩形多阀板式气流控制阀的设计研究
4.3 流场分析
4.3.1 模型的建立和网格化分
4.3.2 流场的数值模拟
4.3.3 数值模拟结果的可视化
4.4 流场特性
4.4.1 流量系数
4.4.2 阻力系数
4.5 阀板的静力分析
4.6 阀门的传动机构及气动力矩分析
4.6.1 传动机构
4.6.2 气动力矩分析以及执行器的选择
4.7 本章小结
第5章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
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