轴流式止回阀阀瓣瞬态压力分布与冲击分析

摘要

轴流式止回阀具有流阻系数小、水击压力小、噪音低、流动性能好、响应速度快等优点，被普遍用于石油和天然气长输管线、大型乙烯装置中的压缩机和大型泵的出口处。止回阀作为管道体系的关键部分，其性能、寿命直接影响泵机组和管线的安全。特别是阀门关闭时阀瓣的瞬时速度，直接影响到阀瓣对阀座的冲击载荷，影响到阀门的使用寿命和可靠性。在对轴流式止回阀的动态性能进行分析时，传统的试验方法往往消耗大量的时间和金钱，大幅度提高了产品的生产成本。所以我们必须寻找新的方法和手段，即在试验前通过数值模拟仿真技术，有效地减少试验次数，降低产品的生产成本。
　　在止回阀的启闭过程中，阀瓣的运动形式非常复杂，涉及到介质力和弹簧力相互作用的流固偶合问题，简单的方法无法全面地描述其运动规律。本文利用动网格技术以及用户定义的函数技术，以轴流式止回阀二维模型为研究对象，通过程序编辑器编写程序给出阀瓣运动的位移、速度、加速度和液动力之间的关系，链接到Fluent软件中，从流场分析的角度对止回阀开启和关闭的过程中流场的压力分布和关闭时阀瓣对阀座的冲击进行数值分析。
　　(1)利用动网格和自定义函数技术，根据牛顿第二定律的显示欧拉方程描述了阀瓣的速度、加速度、位移、受力之间的关系，模拟了轴流式止回阀的开启过程以及止回阀在不同工况下的关闭过程，得到了阀瓣在阀门开启和关闭时的运动过程。对动态数值分析的结果作了具体的分析，得出了阀门启闭过程阀门流场压力分布的变化，并对出现此种变化的原因作出了分析。通过对停泵状态下阀门关闭过程的模拟，得到了阀门关闭过程中阀瓣的运动速度和时间的关系，并得到在阀门关闭瞬间阀瓣的运动速度，由此可以根据阀瓣的质量计算出阀门关闭瞬间阀瓣对阀座的冲击力。
　　(2)通过改变弹簧的刚度系数，研究了不同外力下阀门的开启和关闭时间以及关闭瞬间阀瓣的速度。结果表明，随着外力的增大，轴流式止回阀的快开和快关的特性更加明显，减小止回阀的关闭时间可以有效的降低阀门关闭时的逆流速度，减小介质倒流冲击波对相关设备的危害。
　　(3)在前人对轴流式止回阀结构优化研究的基础上，通过对优化前后两种结构的止回阀的动态模拟，得出的分析结果说明了本文的研究对阀门的设计和结构优化具有重要的指导作用，避免了阀门设计和优化的盲目性，减少阀门设计的周期和经费，确保设计的合理性和可靠性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究目的和意义

1．1．1 研究目的

1．1．2 研究意义

1．2 本课题的国内外研究现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．3 存在的问题

1．4 研究内容

1．5 本章小结

第2章 止回阀的结构分类

2．1 升降式止回阀

2．2 旋启式止回阀

2．3 蝶式止回阀

2．4 管道式止回阀

2．5 空排止回阀

2．6 轴流式止回阀

2．6．1 轴流式止回阀具有以下功能

2．6．2 轴流式止回阀的工作原理

2．6．3 轴流式止回阀的发展现状

2．7 本章小结

第3章 CFD基础

3．1 计算流体力学概述

3．2 计算流体动力学的计算步骤

3．3 基本控制方程

3．3．1 系统与控制体

3．3．2 质量守恒方程(连续性方程)

3．3．3 动量方程

3．3．4 能量方程

3．4 湍流模型

3．4．1 常用湍流模型

3．4．2 控制方程的离散方法

3．5 常用的商用CFD软件

3．5．1 商用CFD软件的特点

3．5．2 本文所用CFD软件简介

3．6 CFD的发展展望

3．7 本章小结

第4章 轴流式止回阀压力分布及冲击分析

4．1 动网格计算方法概述

4．1．1 动网格计算模型

4．1．2 动网格更新方法

4．2 UDF概述

4．2．1 UDF函数调用过程

4．2．2 UDF常用DEFINE宏

4．3 轴流式止回阀结构

4．4 开启过程数值模拟

4．4．1 UDF程序编写

4．4．2 止回阀开启过程的动态参数设置

4．4．3 数值仿真结果分析

4．5 轴流式止回阀关闭过程数值模拟

4．5．1 数值仿真结果分析

4．6 外力对止回阀动态特性的影响

4．7 本章小结

第5章 UDF对阀门结构优化的作用

5．1 网格划分

5．2 模拟结果分析

5．2．1 阀瓣结构对最小速度的影响

5．2．2 阀瓣结构对阀门关闭过程流场的影响

5．2．3 阀门动态特性曲线

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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