管内流体与运动固体的动态作用过程仿真分析

发布时间：2021-05-19 00:53

　　管道运输是一种高效、便捷的物质运输方式,广泛应用于工业和日常生活中。作为管道运输的两种基本模式,流体输送与固体传送过程中都存在着管内流体与运动固体间各种形式的交互作用,对管道运输的效率、稳定性和可靠性都有着重要影响。传统基于经验或实验的设计方法难以有效评价这种动态交互作用,从而制约了设计效果。本文结合实际工程案例,分别就几种典型的管内固体运动形式,即被动定轴旋转运动、被动直线运动以及主动定轴旋转运动,研究管内流体与运动固体的动态作用的数值仿真方法,并总结过程中的物理规律,希望能更好地指导管道运输系统的设计和优化。主要内容包括:（1）基于某DN600蝶式止回阀,开展管道固体被动定轴旋转运动问题的数值模拟研究。通过用户自定义函数（User Defined Functions,UDF）获取管内流体作用在阀板上的力和力矩,基于动力学原理预测阀板的实时运动参数,并利用动网格技术控制阀板的位置更新,成功实现了阀板被动定轴旋转运动过程的流固耦合动态仿真。进一步地,运用该仿真方法研究了蝶式止回阀不同入口压力条件下阀门管道内流场、压力场、流量、动水力矩随阀门启闭的动态变化规律,总结了阀门启闭条件。（2）... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 管内流体与运动固体动态仿真国内外研究现状
        1.2.1 管内流体输送中各类运动固体动态仿真研究
        1.2.2 管内固体输送动态仿真研究
    1.3 本文主要研究内容
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 论文结构安排
第二章 管内固体被动旋转过程的动态仿真研究
    2.1 概述
    2.2 DN600蝶式止回阀
        2.2.1 止回阀三维模型
        2.2.2 止回阀工作原理
    2.3 数值仿真方法
        2.3.1 流场建模
        2.3.2 网格划分
            2.3.2.1 初始网格划分
            2.3.2.2 中心区域尺寸的确定
        2.3.3 被动定轴旋转运动方式的描述
        2.3.4 求解设置
        2.3.5 网格无关性验证
    2.4 仿真结果与分析
        2.4.1 压力场的动态分布
        2.4.2 速度场的动态分布
        2.4.3 阀门流量特性的动态变化
        2.4.4 阀板动水力矩的动态变化
            2.4.4.1 动水力矩的产生及对阀门的影响
            2.4.4.2 动水力矩理论计算
            2.4.4.3 动水力矩动态模拟仿真分析
        2.4.5 入口条件的影响规律
    2.5 本章总结
第三章 管内固体被动直线过程的动态仿真研究
    3.1 概述
    3.2 真空抽吸容器式气力输送装置工作原理
    3.3 理论模型
        3.3.1 流体控制方程
        3.3.2 湍流模型控制方程
        3.3.3 对流项离散控制方程
    3.4 数值仿真方法研究
        3.4.1 流场模型的建立
        3.4.2 网格划分
            3.4.2.1 初始网格划分
            3.4.2.2 动网格设置
        3.4.3 边界条件设置
        3.4.4 求解设置
    3.5 数值仿真结果与分析
        3.5.1 恒定真空度下不同边界条件的启动速度分析
            3.5.1.1 样品瓶周围流场分析
            3.5.1.2 不同边界条件下样品瓶的启动速度对比
        3.5.2 不同真空度下样品瓶空气阻力数值分析
            3.5.2.1 不同真空度下流场分析
            3.5.2.2 不同真空度下压力分布云图
            3.5.2.3 不同真空度下空气阻力分析
        3.5.3 不同质量样品瓶(全空、半充满、全充满)数值模拟分析
            3.5.3.1 不同质量样品瓶流场分析
            3.5.3.2 不同质量样品瓶空气阻力分析
    3.6 本章总结
第四章 管内固体主动旋转过程的动态仿真研究
    4.1 概述
    4.2 汽轮机再热阀门组
    4.3 理论模型
        4.3.1 质量守恒方程
        4.3.2 动量守恒方程
        4.3.3 能量守恒方程
        4.3.4 状态方程
        4.3.5 湍流控制方程
    4.4 数值仿真方法建立
        4.4.1 流场模型的建立
        4.4.2 网格划分
            4.4.2.1 初始网格划分
            4.4.2.2 区域性动网格设置
        4.4.3 求解设置
    4.5 数值仿真结果与分析
        4.5.1 压力场的动态分布
        4.5.2 速度场的动态分布
        4.5.3 流线图的动态分布
        4.5.4 气动力矩的动态变化
            4.5.4.1 气动力矩理论经验公式
            4.5.4.2 不同进口质量流气动力矩动态分布
            4.5.4.3 不同关阀时间气动力矩动态分布
            4.5.4.4 连续性启闭调节下气动力矩动态分布
        4.5.5 再热调节阀板压力分析
    4.6 本章总结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3194796