撑开式旋塞阀的数值仿真研究

发布时间：2017-05-30 10:09

  本文关键词：撑开式旋塞阀的数值仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：撑开式旋塞阀是国民经济部门中应用极为广泛的一种通用机械,广泛应用于油田开采、输送和精炼的设备中。撑开式旋塞阀在高压石油管线中的应用也越来越广泛,撑开式旋塞阀内高压石油的流动与撑开式旋塞阀楔塞之间存在着相互作用,它们之间的作用又间接的作用在撑开式旋塞阀的阀杆上,容易造成阀杆的破坏。针对撑开式旋塞阀运行的安全性和可靠性问题,对撑开式旋塞阀内部流场进行数值仿真研究,并对撑开式旋塞阀楔塞以及撑开式旋塞阀内部流体进行流固耦合分析,得出楔塞的受力情况,对于撑开式旋塞阀运行的可靠性以及对撑开式旋塞阀进行进一步的优化设计具有重要的理论意义和实用价值。本文通过撑开式旋塞阀内部流场的数值模拟以及撑开式旋塞阀内楔塞和内部流场的流固耦合分析,研究不同开度和不同进口速度对撑开式旋塞阀性能的影响,为撑开式旋塞阀的设计提供一定的参考。论文的主要研究内容和特色如下:(1)采用高级建模软件Pro/E对撑开式旋塞阀的阀体、楔塞、阀瓣进行了三维造型并进行了装配;在GAMBIT软件中通过布尔运算得到了撑开式旋塞阀的内部流场造型,并对其进行了网格的划分。运用ANSYS Workbench中的MESH模块,对撑开式旋塞阀的楔塞进行了网格划分。(2)基于FLUENT软件,采用标准k ε湍流模型对撑开式旋塞阀不同开度和不同进口速度工况进行了三维定常湍流数值模拟,获得了撑开式旋塞阀不同开度和不同进口速度工况下流场的速度、静压分布情况,探索了撑开式旋塞阀内部的流动规律,为后续的撑开式旋塞阀楔塞与流体之间的流固耦合研究分析奠定了基础。(3)基于ANSYS Workbench平台,采用流固耦合方法,对不同开度和不同进口速度工况下的撑开式旋塞阀的楔塞进行了结构静力分析,从而得到撑开式旋塞阀楔塞的受力和变形分布情况,计算结果对撑开式旋塞阀运行的安全性和可靠性具有指导意义。
【关键词】：旋塞阀 数值模拟 流固耦合 静力分析
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题的研究背景和意义8-10
• 1.3 国内外的研究现状10-13
• 1.3.1 撑开式旋塞阀的研究现状及分析10
• 1.3.2 CFD技术的发展及其应用现状10-12
• 1.3.3 流固耦合技术及其应用12-13
• 1.4 本文的主要研究内容和技术路线13-14
• 1.5 本章小结14-15
• 2 撑开式旋塞阀的理论基础及三维造型15-23
• 2.1 撑开式旋塞阀的理论基础15-20
• 2.1.1 撑开式旋塞阀的基本结构15-16
• 2.1.2 撑开式旋塞阀的主要部件16-18
• 2.1.3 撑开式旋塞阀的工作原理18
• 2.1.4 撑开式旋塞阀的基本参数18-20
• 2.2 撑开式旋塞阀的三维造型20-22
• 2.2.1 Pro/E(Pro/Engineer)软件概述20
• 2.2.2 撑开式旋塞阀的三维造型以及撑开式旋塞阀内部流场的三维造型20-22
• 2.3 本章小结22-23
• 3 撑开式旋塞阀的网格划分23-29
• 3.1 撑开式旋塞阀内部流场网格的划分23-27
• 3.2 撑开式旋塞阀楔塞网格的划分27-28
• 3.3 本章小结28-29
• 4 撑开式旋塞阀内部三维流场的数值模拟29-54
• 4.1 FLUENT软件概述29-30
• 4.2 撑开式旋塞阀内部流动的参数设置30-37
• 4.2.1 控制方程30-31
• 4.2.2 湍流模型31-36
• 4.2.3 边界条件36-37
• 4.3 流场数值求解方法37-40
• 4.3.1 流场数值解法分类37-38
• 4.3.2 SIMPLE算法38-40
• 4.4 撑开式旋塞阀内部流场的计算过程40-43
• 4.5 撑开式旋塞阀内部流场计算结果的显示及分析43-52
• 4.5.1 撑开式旋塞阀内部流场速度分析44-48
• 4.5.2 撑开式旋塞阀内部流场压力分析48-52
• 4.6 本章小结52-54
• 5 基于流固耦合原理的撑开式旋塞阀楔塞结构的静力分析54-65
• 5.1 ANSYS Workbench协同仿真平台54
• 5.2 流固耦合方程54
• 5.3 流固耦合解法54-56
• 5.3.1 直接耦合式解法55
• 5.3.2 分离式解法55-56
• 5.4 流体机械静力分析的的基础56-58
• 5.4.1 静力分析中的弹性力学56-57
• 5.4.2 静力分析中的有限元方程57-58
• 5.5 撑开式旋塞阀楔塞流固耦合分析58-61
• 5.5.1 单向流固耦合技术58-59
• 5.5.2 撑开式旋塞阀楔塞模型的导入和网格划分59-60
• 5.5.3 施加约束与载荷60-61
• 5.6 流场压强载荷对撑开式旋塞阀楔塞应力和变形的影响61-64
• 5.6.1 撑开式旋塞阀楔塞的变形分析61-63
• 5.6.2 撑开式旋塞阀楔塞的应力分析63-64
• 5.7 本章小结64-65
• 结论与展望65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果69-70
• 致谢70-71

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本文编号：406919