轴流式止回阀关闭过程动力学研究

摘要

止回阀的作用是在突然停泵时，保护阀前的驱动装置不受损坏，轴流式止回阀因其流阻系数小、运行平稳、噪声小等优点，被广泛地应用于长输管线系统，其性能优劣、寿命长短、工作可靠度均会影响到阀前驱动装置及整个管路系统的安全，为了确保轴流式止回阀在各个工况下的安全性和可靠性，需要对其进行大量的验证，传统的实验方法必然要消耗大量的人力物力财力，数值模拟技术在近几年成为一种可靠的研究方法，节约成本。本课题以轴流式止回阀为研究对象，研究阀瓣在停泵工况时的运动特性及阀瓣瞬间冲击阀座的动态响应特性，本文的研究内容概括如下：
　　（1）结合离心泵的全特性曲线，分析突然停泵时离心泵的工作状态，得到其工作曲线仍维持在正常区，正常区又分为水泵工况，制动工况和水轮机工况，从而得到止回阀进口流量变化曲线，流量随时间大致呈余弦函数变化，运用C语言编写成UDF程序作为止回阀进口边界条件；
　　（2）简化止回阀模型，分析关闭过程阀瓣的受力情况，得到阀瓣动力方程，结合动力方程运用C语言编写阀瓣驱动程序，编译连接后，结合已知的边界条件，在CFD中对停泵工况时轴流式止回阀动态关闭特性进行研究，得到在液动力及弹簧力共同作用下阀瓣的运动规律，阀瓣与阀座密封面接触时的速度，阀门内腔液动力变化规律以及介质流动变化规律；
　　（3）简化止回阀模型，运用ANSYS Workbench联合LS-DYNA技术对阀瓣冲击阀座密封面的过程进行瞬态仿真，得到了各个时刻阀瓣、阀体的应力/应变云图，以及0～5ms时间段内阀瓣、阀体应力/应变曲线图，分析阀瓣与阀体的动态响应结果，得到了碰撞接触时间、阀瓣与阀体的应力应变变化规律及其最大值。在碰撞过程中，阀瓣与阀体之间存在能量的转换和吸收，系统吸收的能量是不可逆的；
　　（4）结合弹簧阻尼理论模型，运用冲击动力学对阀瓣冲击阀座过程进行理论推导，验证仿真模拟的可靠性。在理论推导过程中，由于阻尼系数c难以确定，故利用动力学公式在Maple中得到k，c的关系曲线，得到本课题条件下的c值，结合已知条件理论推导碰撞完后阀瓣的运动速度，与有限元分析结果对比得到相对误差在5%以内，证明了有限元分析的可靠性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1课题研究的意义

1.2国内外研究现状及分析

1.3课题主要研究工作

1.4课题的创新点与关键性问题

1.5本章小结

第2章 轴流式止回阀工作原理及数值模拟基础

2.1止回阀简介

2.2轴流式止回阀的工作原理

2.3计算流体力学（CFD）简介

2.4模拟软件简介

2.5动网格

2.6用户自定义函数（UDF）

2.7本章小结

第3章 止回阀关闭过程动态数值模拟及分析

3.1建立动态分析模型

3.2参数设置

3.3动网格计算方法

3.4 CFD数值仿真结果分析

3.5本章小结

第4章 止回阀碰撞过程数值模拟及理论推导

4.1冲击动力学概述

4.2止回阀碰撞过程数值模拟

4.3动态响应结果分析

4.4理论推导碰撞后阀瓣的速度

4.5本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录