球阀流体分析与研究开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

球阀作为管道流量控制元件,在工艺工业中广泛用于控制流量和流向或切断管道系统的流量。阀门的启闭动态特性直接影响阀门的运行可靠性。因此对球阀流体的分析的目的是研究阀门启闭动态特性对阀门运行的影响,从而控制阀门的稳定性。

阀门开闭过程中的流量为压力驱动变截面非定常流。阀门内流体的压力和速度随阀门开度的变化而变化。因此,阀门的启闭动态特性直接影响阀门的运行可靠性,尤其是在高压、腐蚀、气固两相流或液固两相流的情况下。阀门对系统的稳定性和可靠性起着重要的作用。对球阀阀体进行流体分析,可以为今后的设计改善提供理论依据。

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2. 国内外研究现状分析

球阀是上世纪50年代问世的一种新型阀门,但它是近几年来发展最快的阀门品种之一。特别是在美、德、日、法、意、西、英等工业发达国家,球阀的使用非常广泛,使用品种和数量仍在继续扩大,并向高温、高压、大口径、高密封性、长寿命、优良的调节性能以及一阀多功能方向发展,其可靠性及其他性能指标均达到较高水平,并已部分取代闸阀、截止阀、节流阀。目前,国内外在结构动态领域的研究十分活跃,特别是美国、西欧等一些工业发达国家,十分重视关于结构动态涉及问题的研究,并将其列为结构设计领域的重点发展方向之一[1]

在过去,很难调查球阀内部流动的细节,因为它是不透明的。有关球阀性能的信息是通过压力和流量测量得到的。Hutchison、Kirik、Driskell和Pearson提供了关于球阀设计的有用信息。Ota和Itasaka测量了钝体后表面压力分布,了解钝体后再循环的结构。此外,Kelso等还测量了表面压力分布,研究了沿分离流线的压力分布与雷诺剪切应力以及表面安装钝板后表面之间的平衡关系[2]

Moujaes等采用STAR-CD对球阀在不同部分开启状态下的流体流动进行了研究,模拟结果与已发表的实验结果吻合较好。Merati等人使用商业软件包FLUENTTM研究了v型球阀周围的流动情况,并建立了一个水隧道系统来进行性能测试。Chern等报道了采用颗粒跟踪流动可视化方法对球阀内流动进行可视化,研究了空化起始条件。在三维数值模拟和实验的基础上,分析了球阀v形端口对不同角度体积流量和流量特性的影响。Cho等分析了不同开度不平衡截止阀的受力特性,评价了其工作性能。Amirante等研究了作用于不同线轴结构上的水力,发现CFD与实验方法有较好的一致性。Edvardsen等采用数值和实验方法对井下关井阀单相压降进行了分析[3]

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:自学SOLIDWORKS和ANSYS等软件,运用三维实体造型软件SOLIDWORKS构建球阀的三维实体模型,并予以适当简化,忽略不参与受力的小零件。其后通过SolidWorks和ANSYS 的接口程序将实体模型导入ANSYS 中,生成实体模型。然后选择壳单元划分有限元网络,并根据工作条件对球阀施加约束,从而建立起球阀的有限元模型。

然后对球阀阀体的流体分析,用有限元分析软件ANSYS对球阀的阀体和流体进行流体分析。根据阀体的模拟结果得出分析结果,为今后球阀设计的改进提供理论依据。

研究计划:第1~2周: 学习SOLIDWORKS,ANSYS软件,收集资料,文献查阅。

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4. 研究创新点

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