高温高压球阀启闭过程强度刚度及摩擦特性分析与研究

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SolidWorks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。

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附表索引

第1章绪 论

1.1课题来源及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 球阀的种类及其特点

1.4 本文研究内容

1.5本章小结

第2章本论文计算基础

2.1 流体动力学基础

2.2 ANSYS workbench静力学分析基础

2.3热力学数值计算基础

2.4本章小结

第3章球阀建模与分析计算

3.1 球阀的三维建模

3.2 ICEM CFD网格划分软件

3.3 流场网格划分

3.4 流场边界条件设置

3.5 结构网格划分

3.6 结构分析边界条件设置

3.7 本章小结

第4章球阀流场分析

4.1 流场的相应计算

4.2 流场分析

4.3 球阀的流固耦合分析

4.4 本章小结

第5章球阀热-结构耦合分析

5.1 球阀结构分析

5.2 球体与阀座的摩擦接触分析

5.3 热-结构耦合中球阀所需材料参数设定

5.4 热-结构耦合的边界及载荷条件

5.5 热-结构耦合的应力应变分析

5.6 绘制不同温度下球阀的应力及其应变曲线

5.7 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

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