高温高压球阀启闭过程强度刚度及摩擦特性分析与研究

发布时间：2017-06-22 17:05

  本文关键词：高温高压球阀启闭过程强度刚度及摩擦特性分析与研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：阀门作为一种用来改变管路断面和介质流动方向,控制输送介质的压力和流量的一种压力管道元件,广泛应用于石油、化工、航空航天等各种领域。阀门在启闭过程中开度不断变化,极易产生漩涡、二次流等复杂的流动状态,这些流动可能会引起阀门的故障,造成安全事故。又因为阀门在使用中可能会接触到高温介质,高温造成阀门热变形和热应力,应力集中对阀门的寿命影响很大。因此,针对这些现象,本文针对宣达实业集团生产的型号为6′′Q347Y-900Lb型号的球阀,建立球阀的三维模型并对球阀进行流场的相关分析和热-结构耦合分析,研究流场和温度对球阀的影响。论文的主要工作如下:(1)利用三维软件Solid Works和UG进行球阀及其球阀流道模型的建立,采用ANSYSWorkbench自带网格划分工具和网格划分软件ICEM CFD进行球阀结构和流场网格的划分。(2)对球阀从全开状态到全关状态的过程中不同开口度进行稳态流场特性和流固耦合分析,得出了稳态工况下不同开度的流阻特性,并与理论计算值进行对比;球阀的强度随不同开度的变化情况。(3)根据已知的工况条件计算球阀的对流传热系数,分别对球阀进行不同温度下的热-结构耦合分析,分析球阀的强度及其刚度随温度变化的情况,得出球阀强度与刚度随温度变化的曲线图。(4)对球阀的阀座和球体进行接触摩擦分析,得出阀座的摩擦应力及其滑动位移,与球阀工作中的位移量比较,综合流场和热分析的结果得知球阀强度和刚度符合要求。
【关键词】：球阀 流场 热-结构耦合 强度 摩擦
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 课题来源及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 球阀的种类及其特点15-16
• 1.4 本文研究内容16
• 1.5 本章小结16-17
• 第2章 本论文计算基础17-24
• 2.1 流体动力学基础17-20
• 2.2 ANSYS workbench静力学分析基础20-21
• 2.3 热力学数值计算基础21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 球阀建模与分析计算24-35
• 3.1 球阀的三维建模24
• 3.2 ICEM CFD网格划分软件24-28
• 3.2.1 ICEM CFD介绍24
• 3.2.2 ICEM CFD特点24-25
• 3.2.3 ICEM CFD文件类型25
• 3.2.4 ICEM CFD网格生成方法25-26
• 3.2.5 ICEM CFD网格输出26
• 3.2.6 ICEM CFD工作流程及主要内容26-28
• 3.2.7 网格质量检查28
• 3.2.8 网格输出及后处理28
• 3.3 流场网格划分28-30
• 3.4 流场边界条件设置30
• 3.5 结构网格划分30-33
• 3.6 结构分析边界条件设置33-34
• 3.6.1 三维模型的导入方法33
• 3.6.2 材料参数设置33
• 3.6.3 结构分析前处理设置及载荷与约束33-34
• 3.7 本章小结34-35
• 第4章 球阀流场分析35-52
• 4.1 流场的相应计算35-38
• 4.1.1 流量系数的确定35-38
• 4.2 流场分析38-46
• 4.2.1 压力入口的流场分析38-45
• 4.2.2 流场特性分析45-46
• 4.2.3 流量系数与压降的数值计算46
• 4.3 球阀的流固耦合分析46-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 球阀热-结构耦合分析52-68
• 5.1 球阀结构分析52-53
• 5.2 球体与阀座的摩擦接触分析53-58
• 5.2.1 摩擦学的发展介绍53-54
• 5.2.2 摩擦、磨损54-56
• 5.2.3 球阀的接触摩擦分析56-57
• 5.2.4 球阀的磨损寿命预估57-58
• 5.3 热-结构耦合中球阀所需材料参数设定58-59
• 5.4 热-结构耦合的边界及载荷条件59-63
• 5.4.1 球阀的密封面总作用力计算59-60
• 5.4.2 球阀阀杆总转矩计算60-62
• 5.4.3 球阀热-结构耦合分析中对流传热系数的计算：62-63
• 5.5 热-结构耦合的应力应变分析63-67
• 5.6 绘制不同温度下球阀的应力及其应变曲线67
• 5.7 本章小结67-68
• 总结与展望68-70
• 总结68
• 展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录75

【参考文献】

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本文编号：472467