蝶阀系统温度场及其结构研究

论文摘要

钢铁行业是国民经济中的重要支柱，为各类基础建设提供必不可少的材料。由于目前经济发展步伐放缓，国家提出目前的主要工作是节能减排、降低能耗和转变企业的经济结构形式。蝶阀系统控制着加热炉的温度，然而蝶阀及执行机构因温度过高，导致蝶阀系统控制精度变低，造成加热炉温度指标不稳定、产品达标率下降和设备故障率较高。因此，本文提出对蝶阀系统热传递机理进行研究，提出合理的蝶阀系统的温度控制措施。通过蝶阀系统的三维建模与仿真分析，验证了该措施的可行性。并于现场实施，统计现场改造后蝶阀及执行机构的温度与故障率，说明了蝶阀系统温度控制措施的有效性。首先，指出某厂热轧加热炉热空气管道处的蝶阀及执行机构的温度过高现象以及后果，着重分析了影响蝶阀系统温度的四种直接因素，并提出相对应的温度控制措施。根据该措施，对蝶阀及执行机构建立相应CAD/CAE三维仿真耦合模型。然后，在Fluent软件中利用顺序耦合方法，计算了蝶阀及执行机构与空气耦合模型的温度场，对比之前温度值，发现蝶阀系统的温度控制措施能起到明显的降温效果。并在ANSYS中运用间接法，计算蝶阀及执行机构热应力，结果显示该措施下蝶阀及执行机构的热应力均小于许用应力。还在Fluent中利用流体力学方法，仿真出管道内部流场的分布，证明该措施不影响管道内空气流动特性。最后，在现场进行蝶阀及执行机构的改造工作。对改造后的蝶阀及执行机构进行温度测量和故障率统计，证明该措施能很好满足于实际生产。本文提出蝶阀系统的温度控制三个措施，并通过有限元软件验证蝶阀系统温度控制措施的实用性和可靠性。在生产中，蝶阀系统的温度控制措施的实施，降低了蝶阀及执行机构的温度，降低了蝶阀系统的故障率，提高了热轧加热炉产品质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及研究意义
• 1.2 蝶阀及执行机构的研究现状
• 1.2.1 蝶阀及执行机构介绍
• 1.2.2 国内外研究现状分析
• 1.3 CFD 的基本应用研究
• 1.4 研究的目标及内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 蝶阀系统仿真分析理论基础
• 2.1 热传导的机理研究
• 2.1.1 热传导方式的数学方程
• 2.1.2 载荷及边界条件
• 2.1.3 温度场的求解
• 2.2 热应力的理论研究
• 2.2.1 热弹性理论的数学方程
• 2.2.2 热应力的求解
• 2.3 流体动力学的理论研究
• 2.3.1 流体运动的数学方程
• 2.3.2 CFD 对流场问题的求解
• 2.4 本章小结
• 第三章 蝶阀系统的三维建模
• 3.1 蝶阀系统的热传导分析
• 3.2 蝶阀系统的温度控制措施研究
• 3.3 蝶阀系统的 CAD 三维模型建立
• 3.3.1 蝶阀及执行机构的型号
• 3.3.2 蝶阀及执行机构的三维模型
• 3.3.3 管道内部空气的三维模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 蝶阀系统的仿真分析
• 4.1 蝶阀及执行机构的温度场仿真分析
• 4.1.1 蝶阀及执行机构 CAE 模型
• 4.1.2 参数设置和计算方程选择
• 4.1.3 仿真结果与分析
• 4.2 蝶阀及执行机构热应力计算
• 4.2.1 热应力计算 CAE 模型
• 4.2.2 参数设置与载荷施加
• 4.2.3 计算结果与分析
• 4.3 管道内部的流场分析
• 4.3.1 管道空气的 CAE 模型
• 4.3.2 参数设置与仿真数学模型选择
• 4.3.3 仿真结果与分析
• 4.4 蝶阀系统的温度控制措施的实施
• 4.4.1 蝶阀及执行机构安装位置改装
• 4.4.2 支架和隔热垫的添加
• 4.4.3 空气过滤装置的移动
• 4.4.4 后期的温度测量和故障率统计
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间的主要成果
• 致谢
• 详细摘要